DE19701395A1 - Ventil mit voller Querschnittsfreigabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares Ventil, das sich insbesondere für den Einbau in Dickstoffpumpen eignet, sowie eine damit ausgestattete Dickstoffpumpe und ein Arbeitsverfahren für vorgenannte Pumpe oder vorgenanntes Ventil.

Zum Zwecke kontinuierlicher Verbrennung oder sonstiger Weiterverarbeitung von Klärschlämmen, Pasten und dergleichen müssen derartige Dickstoffe häufig zwischengelagert und transportiert werden. Diese Dickstoffe sind in der Praxis immer mit Fremdkörpern größeren Korns durchsetzt.

Die Auslaßventile von Pumpen für die vorgenannten Fördergüter werden üblicherweise als Einbauventil oder "Schrägsitzventil" (im Rohrleitungs-querschnitt) realisiert. Gelangen mit den Fördergütern größere Fremdkörper zum Ventil, bleiben sie daran hängen, und die Funktion der Pumpe und der gesamten Anlage ist gestört. Es kommt daher immer wieder zu Unterbrechungen der Förderung sowie zur Zerstörung von Teilen des Ventils und damit zu einem erhöhten Ersatzteilbedarf. Aufgrund des Aufbaus der genannten Ventile wird im Sitz immer ein Druckabfall erzeugt. Dieser Druckabfall ist umso größer, je pastöser (entwässerter) das Medium wird, also mit steigendem TS-Gehalt. Eine Steigerung des Feststoffgehaltes führt daher zu einem erhöhten Bedarf an Kraft/Leistung, wodurch Investitionskosten und Betriebskosten erhöht werden. Stärker entwässerte Schlämme werden jedoch in Zukunft aufgrund verbesserter Techniken in der Abwasserbehandlung und wegen des Bedürfnisses, die zu bearbeitenden bzw. zu deponierenden Volumina zu verringern, in steigendem Maße anfallen.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein steuerbares Ventil vorzuschlagen, bei dessen Einsatz auch hochentwässerte Schlämme und Dickstoffe mit grobkörnigen Fremdkörpern gefördert und gesperrt werden können, ohne daß es zu Pumpen-Ausfallzeiten oder einem erhöhten Verschleiß kommt.

Diese Aufgabe wird mit einem Ventil gemäß Anspruch 1 oder einer Pumpe mit diesem Ventil gemäß Anspruch 11 gelöst. Beide arbeiten gemäß Anspruch 12.

Aufgrund seiner Bauweise ist das Ventil in der Lage, den vollen Leitungsquerschnitt im geöffneten Zustand freizugeben. Damit werden in die Pumpe gelangende "Fremdkörper" ohne Schwierigkeiten mit- und durch das geöffnete Ventil gefördert.

Für den Fall, daß es sich bei der Pumpe um eine Kolbenpumpe für Dickstoffe handelt, werden die Dichtflächen des Ventils in möglichst geringem Abstand vom ausgefahrenen Förderkolben der Pumpe angeordnet (Anspruch 11). Dadurch werden kurze Leitungsführungen und kompakte Pumpen/Ventil-Kombinationen erreicht. Wird das Ventil dabei mit seinem schwenkenden Visier unmittelbar hinter der vorderen Endlage des Kolbens auch direkt am Verbindungsflansch zum Pumpengehäuse angebracht, können keine Fremdkörper zwischen Kolbenende und Ventilbeginn eingeklemmt werden.

Das Arbeitsverfahren schwenkt das gekrümmte Visier zum Öffnen und Schließen der Öffnung, die vollständig zu öffnen gleichwohl aber dicht zu verschließen ist (Anspruch 12). Die Schließ- und Öffnungszeit ist durch einen hydraulischen Antrieb und die vorgeschlagene Schwenkbewegung sehr kurz.

Visier und Gehäusebereich können zylindrisch oder kugelsegmentförmig ausgebildet werden (Anspruch 2). Definiert die Öffnung einen 45°-Winkel, so ist die Bewegung des Visiers bevorzugt größer als 90° (Anspruch 3).

Obwohl die Förderrichtung auch über Eck laufen kann, können Ein- und Auslaß direkt gegenüberliegen, um eine gerade Förderachse festzulegen und einen konstruktiv und von der Wartung her einfachen Aufbau zu erhalten (Anspruch 4).

Werden Federn, insbesondere vier Gummifedern, zum Anbringen des Visiers an der steuernden Welle vorgesehen (Anspruch 6 oder 7), so kann neben einer hohen Dichtkraft (geschlossener Zustand) auf dem Sitz auch eine automatische Nachstellung dieser Kraft erreicht werden. Stark abnutzende (aber preisgünstige) Werkstoffe für Visier, Gehäuse und ggf. Innenverkleidung können so verwendet werden. Geschärfte Kanten am Visier sorgen bei der Schwenk- oder Drehbewegung für ein sicheres Verstellen, auch wenn blockierende Fremdkörper im Schwenkweg liegen (Anspruch 8).

Die Kraftübertragung von einem Hydraulikzylinder kann über eine oder zwei beabstandete Wellenzapfen, die im Ventilgehäuse gelagert sind (Anspruch 5), und über zwei daran stirnendig angeflanschte Dreiecksplatten erfolgen (Anspruch 9).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert und ergänzt.

Fig. 1 ist eine seitliche Schnittzeichnung eines Ausführungsbeispiels des Ventils mit Einlaß E und Auslaß A.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäß eingesetzten Visierschirm 35 von oben.

Fig. 3 veranschaulicht die Realisierung der Drehbewegung einer Welle 24 mit Hilfe eines angelenkten Hydraulikzylinders 1 von oben gesehen.

Das Beispiel des erfindungsgemäßen Ventils hat ein Gehäuse 18 mit Ein- und Auslaßöffnungen E, A für den Dickstoff, die in etwa oder genau dem Querschnitt der Rohre oder anders geformten Förderleitungen entsprechen können. Es kann sich also um kreisförmige oder quadratische oder anders geformte Öffnungen handeln. Das Gehäuse sollte in der Bewegungsrichtung des eintretenden Dickstoffes zumindest teilweise innen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Dieser kreisförmige Querschnitt wird zumindest im Bereich der Einlaßöffnung E sowie einem benachbarten, mindestens ebensogroßen Bereich realisiert sein. Die Wandung des Gehäuses in den genannten Bereichen kann dazu zylinderförmig sein, sie kann auch insgesamt zylindrisch ein. Bei der Wandung des Gehäuses 18 kann es sich um die Innenwandung oder um eine Innenverkleidung 36 handeln, die dem Verschleißschutz dient und dazu auswechselbar ausgestaltet sein kann.

Alternative Ausgestaltungen sind alle solche Formen, die bezüglich einer zu der genannten Dickstoff-Bewegungsrichtung (der Förderachse 100) senkrechten Achse 101 zumindest in den genannten Bereichen rotationssymmetrisch sind.

In der zuletzt genannten senkrechten Achse 101 befindet sich eine Welle 24, an welcher ein Visier 35 befestigt ist. Das Visier 35 besitzt eine gekrümmte (der Rotationssymmetrie angepaßte) Fläche, die größer ist als die Einlaßöffnung E des Gehäuses, so daß sie diese vollständig überdecken kann. Die Form des Visiers ist der Form des Gehäuses 18 oder der Innenverkleidung 36 angepaßt, also in der obengenannten bevorzugten zylindrischen oder teilzylindrischen Ausgestaltung des Gehäuses ebenfalls ein Zylindersegment, dessen Achse 101 senkrecht zur Achse 100 zwischen Einlaß E und Auslaß A verläuft.

Die Welle 24 läßt sich mit Hilfe geeigneter Mittel, z. B. einem entsprechend angelenkten Hydraulik-Zylinder 1, um einen Winkel α drehen, der so ausgelegt ist, daß das Visier 35 aus der die Einlaßöffnung E überdeckenden Stellung so weit verschwenkt wird, daß die Einlaßöffnung vollständig freigegeben wird. Das kann beispielsweise ein Winkel von α = 90° sein. Die entsprechende Bewegung α ist in Fig. 3 ersichtlich.

In der Saugstellung der Pumpe dichtet das bewegliche Visier des Ventils gegen die die Einlaßöffnung E umgebenden Bereiche des Gehäuses 18 oder der Innenverkleidung 36, die damit als Sitz fungieren. In der Druckstellung wird dieser Sitz freigegeben, so daß der volle Leitungsquerschnitt zur Verfügung steht.

Das Gehäuse wird in bevorzugter Weise konstruktiv so gewählt, daß in Druckstellung das Visier nicht aufliegt, wohl aber geführt wird. Somit wird die Einarbeitung von Material in die Visierfläche gemindert. Während der Drehbewegung in Richtung der Stellung "Zu" schneidet eine geschärfte Visierkante 35a, 35b über die Sitzfläche 18, 36. Dabei schiebt sie störende Festkörper zur Seite. Bei der Gegenbewegung in Richtung der Stellung "Auf" verschwenkt das Visier in den Dickstoff. Hier ist keine Dichtfläche erwünscht, das Visier wird an der Innenwandung oder der Innenverkleidung entlang geführt.

Die nötige Dichtheit für den Saugprozeß der Pumpe wird in einer bevorzugten Ausgestaltung wie folgt erreicht: Im geschlossenen Zustand überdeckt das Visier die Einlaßöffnung E vollständig (in Fig. 1 gezeigt); die Randbereiche des Visiers, die auf den die Einlaßöffnung umgebenden Bereichen aufliegen, wirken daher als Sitzflächen. Der Anpreßdruck erfolgt bevorzugt über eine Federung, beispielsweise mit Gummifedern oder Stahlfedern. Aufgrund dieser Flexibilität wird in der Saugstellung die volle Gegenkraft des Rohrleitungsdruckes auf die konvexe Visierfläche geführt, und dadurch wird das Visier auf den Sitz gepreßt. Der Schlammstrom müßte seinen eigenen Druck auf die überdeckte Fläche überwinden, um die Ventilfunktion zu gefährden.

Um weitere Sicherheit zu gewinnen, kann die überdeckte Fläche in allen Bereichen um die Einlaßöffnung herum ausreichend groß gestaltet sein.

Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, daß über die Federn ein selbst ständiges Nachstellen des Visiers im Betrieb erreicht wird. Daher ist mit geringerem Verschleiß und einer geringeren Unterbrechung des Betriebs durch Reparatur- und Erneuerungsarbeiten zu rechnen.

Bevorzugt ist der Werkstoff des Visiers 35, 35a, 35b weicher als der des Ventilsitzes. Beispielsweise kann ein vergüteter C 45-Stahl ("weich") für das Visier gewählt werden, während die Dichtfläche buriert ("hart") ist.

Das Visier 35 und das die Sitzfläche bildende Teil des Gehäuses (z. B. die Innenverkleidung 36) werden in bevorzugter Weise als Verschleißteil ausgelegt, wobei geeignete Öffnungen im Ventilkasten vorgesehen sein müssen, um es bequem abmontieren und entnehmen zu können.

Eine Funktionsbeeinträchtigung der Pumpe durch die Hohlräume im Ventilgehäuse, das größer als der Leitungsquerschnitt für das Fördergut ist, tritt nicht ein. Die Hohlräume werden sich mit Schlamm füllen, den dynamischen Förderprozeß über den Rohrquerschnitt jedoch nicht beeinträchtigen.

In der Ausgestaltung mit hydraulischem Antrieb der Welle 24 lassen sich kurze Schließzeiten realisieren. Ein Hebel 40 dient der Umsetzung der Linearbewegung des Zylinders 1 (Schub-Zug) in eine Drehbewegung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils im Querschnitt. Das Ventil kann über die Flansche 11 in ein Rohr eingesetzt oder an den Pumpengrundkörper und an die Rohrleitung angeflanscht werden. Einlaß- und Auslaßöffnungen E, A liegen in einer Achse 100 einander gegenüber und sind hier über den Durchmesser der Rohre 19 bzw. die Öffnung der Innenverkleidung 36 definiert. Der Ventilkasten 18 besitzt einen zylindrischen Aufbau, wobei die Seitenwände im wesentlichen durch ein Rohr oder ein entsprechendes Gußteil gebildet werden. Stirnseitig ist ein Blindflansch 20 abdichtend angebracht. In den Ventilkasten ragt der Wellenzapfen 24, der an dem hydraulischen Zylinder 1 über einen Hebel 40 angelenkt ist, der gemäß Fig. 1 aus zwei parallelen Hebelstücken besteht.

Fig. 1 zeigt weiterhin den Visierschirm 35 und seine Befestigung an den gegenüber in den Stirnplatten 21, 20 fixierten Wellenzapfen 24 und 25, welch letzterer die axiale Fortsetzung in Richtung der Achse 101 des erwähnten Wellenstücks 24 ist, um eine gegenüberliegende Drehlagerung zu erreichen.

Die Befestigung des Schirms 35 wird realisiert über parallele Dreieckplatten 26a und 26b und senkrecht dazu angeordnete parallele Flacheisen 27, 28, die mit einem Federungssystem 17, 31, 32 verbunden sind. Federn 17 sind dabei in Federhülsen 31, 32 angeordnet.

Die Kraftübertragung auf den Visierschirm 35 erfolgt über die Federhülsen 31, 32 und die radial äußerste Flacheisenplatte 28, die dazu in ihren Randbereichen an die Visierschirmkrümmung angepaßt ist. Ein Gewindebolzen 33 mit Mutter 34 dient als Montage- und Demontagehilfe. Damit wird außerdem der Hub der Federung 17, 31, 32 begrenzt.

Der Schirm 35 des Visiers ist relativ dick gestaltet. Ein wesentlich dünneres Blech 36 auf den zylindrischen Wänden umkleidet den Einlaß E und arbeitet mit dem Visier 35 abdichtend zusammen. Werden dazuhin die seitlichen Enden 35a, 35b des Visierschirms 35 keilförmig ausgebildet, so erleichtert sich das Verschwenken in den Dickstoff (beim Öffnen) und das Verschwenken (beim Schließen) über die Öffnung E, auch wenn Fremdkörper im Schwenkweg des Visiers liegen.

In Fig. 2 ist der Visierschirm 35 (das Visier) mit dem Befestigungssystem 17, 27, 28, 31, 32 in Wellenrichtung 24 gezeigt. Über den Wellenzapfen 24 ist der Visierschirm 35 an dem Stellhebel 40 angebracht, der in einem Winkel x gegenüber der Mittenachse 102 des Visierschirmaufbaus 35, 17, 27, 28, 31, 32 verdreht ist.

Fig. 3 zeigt die Bewegung des Wellenzapfens 24 um einen Winkel α von 90° mit Hilfe des Hydraulik-Zylinders 1 und des erwähnten Hebels 40, der am Zylinder mit einem Gelenk 2, am Wellenzapfen 24 aber fest angebracht ist.

Claims (12)

1. Steuerbares Ventil, insbesondere Auslaßventil für eine Dickstoffpumpe zur Förderung hochviskoser Schlammstoffe, mit

• - einem mit Ein- und Auslaßöffnung (A, E) versehenen Gehäuse (18), welches zumindest im Bereich der Einlaßöffnung (E) sowie einem sich daran anschließenden, mindestens ebenso großen Bereich eine rotationssymmetrische Innenwandung oder Innenverkleidung (36) aufweist;
• - einer drehbaren Welle (24, 25);
• - einem gekrümmten Visier (35) mit einer Fläche, die die Fläche der Einlaßöffnung vollständig überdecken kann und der Form der Innenwandung (18) oder Innenverkleidung (36) angepaßt ist, um gegen den Rand der Einlaßöffnung (E) zu dichten;
• - wobei mit der Welle (24, 25) das Visier (35) um einen vorbestimmten Winkel (α) drehbar ist, er mindestens so groß ist, daß das Visier die Einlaßöffnung (E) vollständig freigeben kann.

2. Ventil nach Anspruch 1, worin das Gehäuse (18) auf einer zylindrischen Form beruht und das Visier (35) ein Zylinderwand-Abschnitt ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, worin die Welle (24, 25) um einen Winkel (α) 90° drehbar ist und die Einlaßöffnung (E) im Gehäuse (18) einen umfänglichen Winkel kleiner 45° hat.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin Ein- und Auslaßöffnung (E, A) kreisförmig sind und/oder einander gegenüberliegen, wobei die Achse (101) der drehbaren Welle (24, 25) senkrecht zur Förderrichtung (100) verläuft.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Welle (24, 25) mit Hilfe eines außerhalb des Gehäuses (18) angelenkten Hydraulikzylinders (1) drehbar ist und das Visier (35) zwischen zwei fluchtenden Wellenzapfen (24, 25) der Welle fest angeordnet ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Visier (35) gegen dem entsprechenden Sitz am Gehäuse (18, 36) mit Hilfe von Federn (17) dichtet und letztere auch die Kraft zur Drehbewegung (α) übertragen.

7. Ventil nach Anspruch 6, worin die Federn (17) Stahl- oder Gummifedern sind.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Kanten (35a, 35b) des Visiers (35) auf den Seiten, die sich bei der Drehung durch den zu fördernden Dickstoff schieben, geschärft sind.

9. Ventil nach einem der erwähnten Ansprüche, bei dem die Anbringung des gekrümmten Visiers (35) an der ein- oder zweiteiligen Welle (24, 25) über zwei oder mehr Dreiecksplatten (26a, 26b) erfolgt.

10. Ventil nach einem der erwähnten Ansprüche, bei dem das Visier (35) auf einer in seiner Größe an die Visierbewegung angepaßten Innenverkleidung (36) aus einem dünnen, harten Blech gleitet oder davon geführt wird, wenn das Visier (35) nicht geschlossen ist, in dessen Schließzustand aber um die Einlaßöffnung (E) dichtend aufliegt.

11. Dickstoffpumpe mit Ventil nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der das um eine Achse (101) schwenkbare, gekrümmte Visier (35) nahe dem ausgefahrenen Förderkolben der Pumpe angebracht ist.

12. Arbeitsverfahren zum Betreiben der Pumpe oder des Ventils nach einem der erwähnten Ansprüche, bei dem ein gekrümmtes Kugel- oder Zylindersegment (35) gegenüber einer stationären aber kongruent ausgebildeten Gehäusefläche (18, 36) mit einer Öffnung (E) zum Öffnen und Schließen dieser Öffnung gesteuert (1, 2) verschwenkt wird (α).