DE2120952A1 - Kegelventil - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

TELEFON: SAMMEL-NR. 22 S3 41

TELEQRAMME: ZUMPAT

POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 91139

BANKKONTO:
BANKHAUS H. AUFHÄUSER

8 MÖNCHEN 2,

DART INDUSTRIES INCi, LOS ANGELES / CALIFORNIA

Kegelventil

Die Erfindung betrifft ein Ventil und einen Ventilkegel und insbesondere ein diesen Ventilkegel enthaltendes Rückschlagventil.

Die herkömmlichen Rückschlagventile haben die Neigung, ringsum das Schließelement zu verschmutzen, was-.einen großen Druckabfall und eine Verringerung des Fluidstromes durch das Ventilsystem zur Folge hat, was eventuell zu einem Festsitzen des Schließelements in dem Ventilkörper und zu einem Rückströmen des Fluids in dem Ventil führt. Diese Neigung zum Verschmutzen wird insbesondere beobachtet, wenn der zu kontrollierende Fluidstrom Fremdstoffe, wie zum Beispiel feste Teilchen, und Stoffe, die unter Bildung von Feststoffen reagieren, enthält.

109847/1273

_ 2 —

Ein anderes Problem, bei den herkömmlichen Ventilen ist die Neigung,, unter einer Konzentrierung der Beanspruchung, die auf der Ventilkonstruktion beruht, Sprünge zu bekommen und in vielen Fällen vollständig zu brechen.

Ein Beispiel eines herkömmlichen Rückschlagventils umfaßt einen Ventilkörper mit einer hindurchführenden Längsbohrung, stromauf und stromab gelegene Rohre oder Endstücke, die mit den Enden des Ventilkörpers verschraubt sind, einen bündig in dem Körper gegen das stromauf gelegene Endstück angebrachten Ring, dessen Bohrung mit der Längsbohrung des Ventilkörpers fluchtet, eine Kugel, die als Ventilschließelement dient, eine bewegliche gerillte Führung zum Zentrieren der Kugel, eine Feder, um die gerillte Führung und die Kugel gegen den Ring zu drücken und einen bündig eingepaßten Sitz, um das stromab gelegene Ende der Feder zu zentrieren.

Die bekannten Ventile haben folgende Nachteile:

1. Die Endstücke haben eine Neigung, ringsum den Gewindeansatz in dem Ventilkörper zu springen.

2. Die Oberfläche oder Dichtungsfläche des Ringes hat eine Neigung unter dem Einfluß des stromauf gelegenen Endstückes, wenn dieses Endstück in seine Lage geschraubt wird, zu fressen. Das durch die Metall-gegen-Metall Berührung des Endstückes gegen den Ring erzeugte Fressen bildet Metallspäne, welche den Fluidstrom durch das ^Ventil stören.

3. Der Kugelventilverschluß hat eine Neigung, den Ring wegen des intermittierenden Sperrens des Ventils zu sprengen.

4. Die Kugel und der Ventilsitz werden mit Feststoffen verstopft, was ein ungenaues Sitzen und auch ein vollständiges Versagen des Sitzens der Kugel gegen den Ring zur Folge hat.

5. Ein großer Druckabfall entsteht infolge des gekrümmten Weges und der Verengung, durch welche das Fluid in dem Ventilsystem durchtreten muß und infolge des erwähnten Festsetzens von Feststoffen.

109847/1273

6. Die Feder wird ebenfalls mit Feststoffen ^gesetzt, da das Fluid durch die Feder in die Bohrung des stromab gelegenen Endteils strömt»

7. Scharfe innere Kanten des Ventils erzeugen Konzentrierungen der Beanspruchung. Ein Beispiel einer solchen scharfen Kante ist die Schulter, die durch die Verringerung des Durchmessers von der Längsbohrung des Ventilkörpers zu der Längsbohrung des stromab gelegenen Endstückes gebildet wird.

8. Die gerillte Führung zum Zentrieren der Kugel neigt dazu, die Längsbohrung zu kratzen, was ebenfalls Konzentrierungspunkte für die Beanspruchung erzeugt« Dies ist insbesondere der Fall, wenn die gerillte Führung in der Bohrung durch Ansätze zentriere ist, die mit der Bohrung selbst in Berührung kommen.

9. Erhöhte Wartungs-und Stillegungszeiten sind wegen der erwähnten Probleme erforderlich, um die Teile des Ventils zu reinigen, zu reparieren und wieder zusammenzubauen.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen. Die Erfindung schafft eine einheitliche Lösung der genannten Probleme der bekannten Ventile, bei der ein neuartiger Ventilkegel vorgesehen ist, der in einem neuartigen Ventil angeordnet ist, um den Fluidstrom in der Rohrleitung zu kontrollieren.

Der erfindungsgemäße Ventilkegel umfaßt eir> einziges Ventilschließelement, welches den Ring, die gerillte Führung, die Kugel und den Kugel sitz der bekannten Ventile ersetzen kann. Der erfindungsgemäße Ventilkegel vermeidet die Probleme, die das Zusetzen mit Feststoffen der Kugel und des Ventilsitzes, den großen Druckabfall über das Ventil system, das Strömen des Fluids durch die Feder und die durch die gerillte Führung erzeugte Konzentrierung der Beanspruchung betreffen. Das er-

109847/127 3 bad original

findungsgemäße Ventil umfaßt einen langgestreckten Ventilkörper, der einfach aus dem gesamten Ventil system auszubauen ist, um gegenüber den bekannten Ventilen die Wartung zu erleichtern und die Stillegungszeit zu verringern. Das erf-indungsgemäßeVentil enthält keine inneren Gewindeansätze, keinen getrennten Ring, keine Endstücke, die in den Ventilkörper geschraubt werden müssen, und keine inneren Kanten wie die bekannten Ventile. Der erfindungsgemäße Ventilkegel und das Ventil schließen alle oben aufgezählten Nachteile der bekannten Ventile aus. . ■

Erfindungsgemäß wird dies durch einen Ventilkegel erreicht, der einen langgestreckten Körper mit einem vorderen Endteil und einem hinteren Endteil einschließt. Der vordere Endteil besitzt eine abgeschrägte Schulter, die sich vom Umfang des Körpers nach vorne und innen erstreckt, und eine im wesentlichen durchgehende und glatte Oberfläche am vorderen Ende der abgeschrägten Schulter. Wenigstens eine Öffnung ist an der abgeschrägten Schulter zwischen der Oberfläche und dem Umfang des Körpers vorgesehen. Ein Durchgang mündet am hinteren Ende des Körpers und erstreckt sich vom hinteren Endteil zum vorderen Endteil. Wenigstens ein Kanal verbindet die Öffnung und den Durchgang.

Das erfindungsgemäße Ventil umfaßt einen langgestreckten Körper mit einer Längsbohrung, die sich vom stromauf gelegenen zum stromab'gelegenen Ende erstreckt, ein stromauf gelegenes und stromab gelegenes Endstück, deren Längsbohrungen axial mit der Bohrung des Ventilkörpers fluchten, eine Einrichtung, um die jeweiligen Enden der Endstücke in dichtende Berührung mit den stromauf und stromab gelegenen Enden des Ventilkörpers zu pressen, und einen Ventilkegel, der in der Bohrung des Ventilkörpers aufgenommen ist. Wenigstens ein Teil des Ventilkegels kann in der Bohrung des stromauf gelegenen Endstückes

109847/1273

— 5 —
sitzen, um den Fluidstrom durch die Röhre abzusperren.

Im folgenden soll die Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform als Beispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt des Ventilkegels gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung längs der Linie 1-1 der Fig. 2.

Fig. 2 ist eine Vorderansicht des Ventilicegels.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Ventil.

In den Fig. 1 und 2 ist der Ventilkegel 1 mit allen seinen Bestandteilen in einer aus einem Stück bestehenden Konstruktion gezeigt. Der zylindrische Körper 2 des Ventilkegels 1 hat einen zylindrischen rückwärtigen Teil 3 von kleinerem Durchmesser als der Körper 2. Der rückwärtige Endteil 3 bildet mit dem Körper 2 eine Schulter 5. Ein Durchgang 6 ist durch Bohren längs der Längsachse des Körpers 2 und des rückwärtigen Endteils 3 ausgebildet. Eine zylindrische Schulter 10 erstreckt sich nach vorne und innen vom Umfang 11 des Körpers Eine konische Dichtfläche 15 und eine konische Spitze 16 sind durch eine Rundung 17 verbunden, um die durchgehende glatte Oberfläche 18 am vorderen Ende der konischen Schulter 10 zu bilden. Die Oberfläche 18 vermeidet Kanten, an welchen sich feste Stoffe festsetzen können. Die stromlinienförmige Ausbildung der Oberfläche 18 bewirkt tatsächlich, daß alle in dem Fluid enthaltenen festen Teilchen mit hoher Geschwindigkeit durch das Ventilsystern strömen. Dies bewirkt einen selbstreinigenden Effekt, der ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist. Die Oberfläche 18 ist mit der konischen Schulter 10 durch eine Wölbung 20 verbunden. Fünf Öffnungen 25 sind in gleichem Abstand ringsum die Schulter 10 am Umfang 11 angeordnet, Zusätzlich sind Öffnungen 26 in gleichem Abstand ringsum die konisch« Schulter 10 zwischen den Öffnungen 25 und der Rundung 20 angeordnet. Die Mittelachsen der Öffnungen 25 und 26 sind

109847/1273

wie gezeigt gegeneinander versetzt. Die Öffnungen 25 und 26 . nd die Mündungen von zylindrischen Kanälen 27 zu dem Durchgang 6, die durch Bohren senkrecht zu der Oberfläche der konischen Schulter 10 hergestellt sind« Eine Druckausgleichöffnung ist durch Bohren durch das rückwärtige Endteil 3 zu dem Durchgang 6 zwischen der Schulter 5 und der Rückwand 31 ausgebildet, um einen Druckausgleich zwischen dem Inneren und Äußeren des Durchgangs 6 zu schaffen. Ein ungleicher Druck könnte bewirken, daß der rückwärtige Endteil 3 infolge der relativ dünnen Endwand 31 verformt wird.

Der Ventilkegel 1 ist so gebaut, daß er den Fluidstrom durch die Röhre (nicht gezeigt) kontrolliert/ ohne einen schädlichen Druckabfall zu erzeugen, wenn das Fluid vom stromauf gelegenen Teil der Möhre durch das in Fig. 3 gezeigte Ventil 40 und durch den stromabgelegenen Teil der Röhre (nicht gezeigt) einer Anlage strömt. Ein solcher Druckabfall würde für das Verfahren, welches in der Anlage ausgeführt wird, stromab von dem Ventil 40 schädlich sein, da der Fluidstrom und der Druck verringert werden. Die Quer— schnittsfläche des Durchgangs 6 und die Summe der Querschnittsflächen der Öffnungen 25 und 26 sind so ausgelegt, daß sie im wesentlichen gleich der Querschnittsfläche der nicht gezeigten Röhre sind, durch welche das zu kontrollierende Fluid strömt. Wenn die Querschnittsfläche des Durchgangs 6 und die Summe der Querschnittsflächen der Öffnungen 25 und wenigstens 75% der Querschnittsfläche der Röhre betragen, ist der Druckabfall klein genug, um Schwierigkeiten bei dem stromab stattfindenden Verfahren zu vermeiden. Vorzugsweise liegt_ jede dieser Querschnittsflächen zwischen 85% und 115% der Querschnittsfläche der Röhre.

Das Rückschlagventil 40 hat einen langgestreckten Ventilkörper 41 mit einer Längsbohrung 42, die sich durch ihn erstreckt. Das stromauf gelegene Ende 43 des Ventilkörpers

109847/1273

enthält eine Ausnehmung 44, die durch Bohren eines Loches längs der Längsachse des Ventilkörpers 41 konzentrisch mit der Längsbohrung 42 hergestellt ist. Ein Schlitz 45 ist durch Fräsen einer Nut längs der oberen Oberfläche der Ausnehmung ausgebildet, um einen Druckausgleich des Fluids im Falle eines Lecks an der Dichtungsfläche 15 zu schaffen. Das stromab gelegene Ende 50 des Ventilkörpers 41 ist mit einer in gleicher Weise gebohrten Ausnehmung 51 und einem Schlitz 52 versehen. Das stromauf gelegene Endstück 55 hat ein erstes Ende 56 und ein nicht gezeigtes zweites Ende, welches mit dem stromauf gelegenen Teil der nicht gezeigten Röhre verbunden ist. Das erste Ende 56 hat eine Führungsschulter 57 und einen Gewindeansatz 58, der in ein stromauf gelegenes Flanschteil 60 einschraubbar ist. Die Dichtungsfläche 65 des Endteils 56 ist mit einem Winkel von weniger als 90° von der Achse der Längsbohrung 43 abgeschrägt, so daß nur eine Umfangsberührung mit der Ausnehmung 44 hergestellt wird, wie es am Umfang 66 gezeigt ist. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, beträgt dieser Winkel etwa 60 . Ein ähnliches stromab gelegenes Endstück 70 ist mit einem ersten Ende 71 und einem nicht gezeigten zweiten Ende versehen, welches mit dem stromab gelegenen Teil der nicht gezeigten Röhre verbindbar ist. Das Endteil 71 hat eine Führungsschulter 72 und einen Gewindeansatz 73, der in das stromab gelegene Flanschteil 75 einschraubbar ist. Die Dichtungsfläche 77 ist in gleicher Weise abgeschr-ägt, so daß eine Umfangsberührung mit der Ausnehmung 51 hergestellt wird, wie am Umfang 78 gezeigt ist. Wenn Flanschmuttern 80 auf Flanschbolzen 81 angezogen werden, werden die Dichtungsflächen 65 und 77 in dichtende Berührung mit den Ausnehmungen 55 und 51 an den Umfangslinien 66 bzw. 78 gebracht. Der Ventilkegel

1 ist mit der äußeren Oberfläche des zylindrischen Körpers

2 in gleitender Berührung mit der Oberfläche der Längsbohrung 42 in dem Ventilkörper 41 aufgenommen. Der Ventilkegel 1 ist

■109847/127 3

in seiner halbgeöffneten Stellung gezeigt. In seine voll-geöffneten Stellung kommt die Endwand 31- in" Berührung mit der Dichtungsfläche 77. In seiner voll geschlossenen Stellung ist die Dichtungsfläche 15 in dichtender Berührung mit dem Umfang 87. Eine Feder 90 umgibt den rückwärtigen Endteil 3. Das stromauf gelegene Ende der Feder 90 stoßt gegen die Schulter und das stromab gelegene Ende der Feder 90 stößt gegen die Dichtungsfläche 77„

Die Feder 90 ist nur unbedingt wesentlich im Ventil 40, wenn auf der stromab gelegenen Seite des Ventils niedrige Drucke bestehen. Wenn stromab ein ausreichender Druck ausgeübt wird, . um den Ventilkegel 1 in eine Schließstellung zu drücken, d.h. um die Dichtungsfläche 15 in Berührung mit dem Umfang 87 zu drücken, dann ist die Feder 90 selbstverständlich nicht unbedingt wesentlich. Jedoch auch bei einer Hochdruckverwendung ist die Feder 90 bevorzugt, dami't auch ein leichter positiver Druck auf der stromab gelegenen Seite des Ventils bewirkt, daß der Ventilkegel 1 in Schließstellung geht.

Die versuchsweise Verwendung des Ventils 40 hat gezeigt, daß es in Hochdruckanlagen zum Kontrollieren eines Fluidstroms, der mitgerissenes polymeres Material enthält, für über 4 Monate ununterbrochen verwendet werden kann, ohne daß es zugesetzt wird oder Risse entwickelt oder irgendeine andere der schädlichen Neigungen zeigt, die bei den bekannten Ventilen festzustellen sind. Die Erfahrung mit dem Ventil 40 hat gezeigt, daß praktisch die einzige Möglichkeit zum"Zusetzen des Ventils darin besteht, daß eine Störung in der stromab gelegenen Anlage auftritt, die eine große Menge von Feststoffen durch die stromab gelegene..Röhre zu dem Ventil 40 schickt. Wenn eine solche Störung auftritt, hat es sich gezeigt, daß das Ventil wegen seines Aufbaus aus einem Stück, das den Ventilkegel 1 enthält, in einer viel kürzeren Zeit auseinandergenommen, von den Feststoffen frei gewaschen, wieder zusammen-

1.0 9 8 A 7 / 1 2 7 3

gebaut und das ganze System wieder durchgängig gemacht werden kann, als es bei den bekannten Ventilen möglich ist. Diese letztere Erfahrung ist den Erfahrungen genau entgegengesetzt, die mit den bekannten Ventilen unter den gleichen Bedingungen gemacht wurden. Bei den bekannten Ventilen sind häufige Stilllegungen in Intervallen von weniger als 4 Monaten nötig, um entweder das Ventil zu reinigen oder. Teile zu reparieren und/ oder zu ersetzen.

109847/127 3

Claims (4)

1. Patentanspruch e

   (l.) Kegelventil, gekennzeichnet durch einen Ventilkegel mit einem langgestreckten Körper, der ein vorderes Endteil und ein rückwärtiges Endteil aufweist, wobei das vordere Endteil eine, abgeschrägte Schulter, die sich vom Umfang des Körpers nach vornen und innen erstreckt, und eine im wesentlichen durchgehende und glatte Oberfläche am vorderen Ende der abgeschrägten Schulter aufweist, durch wenigstens eine Öffnung, die an der abgeschrägten Schulter zwischen der Oberfläche und dem Umfang des Körpers vorgesehen ist, durch einen Durchgang, der am rückwärtigen Ende des Körpers mündet und sich vom rückwärtigen Endteil zum vorderen Endteil erstreckt, und durch wenigstens einen Kanal, der die Öffnung und den Durchgang verbindet.
2. 2. Kegelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil einen langgestreckten Ventilkörper mit einer Längsbohrung, die sich vom stromauf gelegenen zum stromab gelegenen Ende erstreckt, ein stromauf gelegenes und- ein stromab gelegenes Endstück, deren Längsbohrungen mit der Bohrung des Ventilkörpers axial fluchten, Einrichtungen, um die jeweiligen Enden der Endstücke in dichtendem Eingriff mit den stromauf und stromab gelegenen Enden des Ventilkörpers zu pressen, und den Ventilkegel umfaßt, der in der Bohrung des Ventilkörpers aufgenommen ist, wobei wenigstens ein Teil des Ventilkegels in der Bohrung des stromauf gelegenen Endstücks sitzen kann, um den Fluidstrom durch die das Ventil enthaltende Röhre zu sperren.

   109847/1273

   - Ii -
3. 3. Kegelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Durchganges und die Summe der Querschnittsflächen der Öffnungen des Ventilkegels wenigstens 75% der Querschnittsfläche der das Ventil enthaltenden Rohrleitung betragen.
4. 4. Kegelventil-nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Durchganges und die Summe der Querschnittsflächen der Öffnungen 85% bis 115% der Querschnittsfläche der Rohrleitung betragen.

   109847/1273

   Le erseite