DE2125045A1 - Absperr-Schieberventil - Google Patents

Description

Patentanwälte Dlpl.-rng. R. BEETZ sei* DFpI-Jn;;. K. !.AMPiiECHT

Dr.-Ing. R. D Ξ K T Z Jr. 8München22, Steinedorfetf. 10

19.5.1971

SOCIETE" NOUVELLE DU SAUT-DU-TARN, Paris (Frankreich)

Absperr-Schieberventil

Die Erfindung betrifft Absperr-Schieberventile, insbesondere für Rohrleitungen großen Durchmessers.

Die bekannten Bauarten von Ventilen dieser Art enthalten im allgemeinen für ein Zweiwegeventil zwei ebene Sitze von gemeinsamer Achse, die durGh einen Drehschieber voneinander getrennt sind, der kugelförmig oder wenigstens durch einen Teil einer Kugel gebildet ist und der sich um eine zur Ebene der Ventilsitze parallele Achse dreht. Der Drehschieber weist eine Öffnung auf, die im allgemeinen gleichen Querschnitt wie die Zufuhr- und die Abfuhrleitung hat. In der Offen-Stellung ist der· Drehschieber so angeordnet, daß die Achse seines Durchgangskanals mit der Achse der Ventilsitze fluchtet. In Geschlossen-Stellung ist der Drehschieber um 90° gedreht und zeigt den Sitzen nur volle Wunde.

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Die Dichtheit wird durch eine Sitzdichtung erzielt, und Sitz und Dichtung werden mittels eines Satzes von Federn gegen den Drehschieber angedrückt.

Diese Art von Drehschieberventil, obwohl weithin in Gebrauch, hat den Nachteil, daß die Dichtungen schnell verschleißen, und erfordert, das Ventilgehäuse so zu entwerfen, daß die Dichtungen, wenn sie verschlissen sind und erneuert werden müssen, sich leicht ausbauen lassen. Der Verschleiß der Dichtungen hat zwei Ursachen s erstens die Reibung der Dichtungen am Drehschieber bei jeder Bewegung des Drehschiebers j dieser Verschleiß wird natürlich durch die unvermeidliche Anwesenheit von Schmutz auf der metallischen Kugelfläche verstärkt. Eine andere Form des Verschleißes der Dichtungen tritt dadurch ein, daß beim Beginn des Öffnens oder beim Ende des Schließens der Querschnitt des Flüssigkeitsdurchganges sich sehr verengt, also die Strömungsgeschwindigkeit relativ zur Dichtung sich sehr vergrößert.

Natürlich werden alle diese Nachteile vim so größer, je größer der Durchmesser der Durchgangsöffnung des Ventils ist. In der Tat muß, wenn der lichte Durchmesser zunimmt, auch der Durchmesser der Kugelfläche des Drehschiebers und ebenfalls die Länge des Schwenkbogens, auf dem bei jeder Betätigung des Ventils die Dichtung am Drehschieber reibt, zunehmen. Ebenso wird derjenige Verschleiß, der dadurch entsteht, daß die Geschwindigkeit der Flüssigkeit infolge der Verengung des Durchgangsquerschnittes zunimmt, dadurch größer, daß die Winkelgeschwindigkeit des Drehschiebers infolge des größeren Nenndurchmessers des Ventils kleiner ist.

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Ferner läßt sich, da solche Ventile unter beträchtlichen Flüssigkeitsdrücken arbeiten müssen, die Dichtheit nur durch sehr große Pressung des Sitzes und seiner Dichtung gegen den Schieber erreichen. Die daraus entstehende Reibungskraft erfordert zur Betätigung des Schiebers beträchtliche Kräfte.

Die Erfindung behebt diese Nachteile» Sie betrifft eine Absperr-Schieberventil mit einem oder mehreren Sitzen, von denen jeder in der von ihm zur zugehörigen Eintritts- oder Austrittsöffnung führenden Leitung gleiten kann und zwischen denen ein Schieber in mindestens zwei Stellungen verschoben werden kann, der einen Kanal aufweist, der einen Durchgang zwischen der Eintritts- und der Austrittsöffnung je nach der Stellung des Schiebers freigibt oder versperrt.

Die Erfindung besteht darin, daß das Ventil eine Einrichtung aufweist, die jeden Sitz wahlweise an den Schieber anlegt oder vom Schieber so entfernt, daß sein Abstand vom Schieber größer als der Abstand zwischen dem Schieber und den ortsfesten'Teilen des Ventilgehäuses ist..

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß jeder Sitz als einringförmiger Kolben ausgebildet ist, der in einem Ringraum gleitet, welcher koaxial zum Sitz in die Wand des vom Sitz zur Eintritts- oder Austrittsöffnung des Ventils führenden Kanals eingearbeitet ist und mit einer Druckflüssigkeitsquelle einstellbaren Druckes in Verbindung steht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

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Fig. 1 im Längsschnitt ein Zweiwege-Drehschieberventil mit kugelförmigem Drehschieber, und zwar im Bildteil 1A mit Ventilsitzen- üblicher Art und im Bildteil 1B mit Ventilsitzen gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in größerem Maßstab die durch Kreise umrahmten Teile der Fig. 1, und zwar im Bildteil 2A die übliche Art und im Bildteil 2B die erfindungsgemäße Art der Ventilsitze,

Fig. 3 ein Schema des hydraulischen Antriebs für die Bewegung der Ventilsitze und für die Drehung des Drehschiebers.

Das in Fig. 1 gezeigte Ventilgehäuse besteht aus zwei Teilen 1 und 2, die durch Schrauben 3 verbunden sind. Der Drehschieber k wird durch Nadellager 4 und 5 geführt, die in Tragkappen 7 und 8 gehalten sind, welche im Gehäuse 1 durch Schrauben 9 befestigt sind. Die Dichtheit wird durch Dichtungen 10 bewirkt. Der eine der Drehzapfen 11 des Drehschiebers iab bis außerhalb des Ventilgehäuses verlängert zu einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Antriebsvorrichtung, z. B. einem Handrad oder bei Ventilen größeren Durchmessers einer hydraulischen Antriebsvorrichtung.

Der Drehschieber 4 ist in der Zeichnung in seiner Offen-Stellung gezeichnet, in der sein Durchgangskanal 12 mit dem Eingangskanal 13 und dem Ausgangskanal 14 fluchtet.

Nun seien anhand der Figo 2 zunächst die Ventilsitze

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üblicher Bauart, die sich auf den Drehschieber k abstützen, .beschrieben; der Bildteil 2A zeigt einen Ventilsitz der bekannten Bauart. Dieser enthält einen Ring 15» der frei in einer zylindrischen Tragfläche 16 gleitet und in den ein torusförmiger Dichtring 17 eingelegt ist. Eine Hauptdichtung 18 ist teilweise in den Ring 15 eingelassen und liegt normalerweise an der kugeligen Tragfläche 19 des Drehschiebers 4 an. Ein Satz Federn 20, die gleichmäßig ringsum über den Sitz verteilt sind und sich auf einer ringförmigen Tragfläche 21 des Ventilgehäuses abstützen, hält einen ständigen Druck des Dichtringes 18 auf der Tragfläche 19 aufrechte

Nun sei auf den Teil 2B der Fig. 2 verwiesen. Wie dort gezeigt, weist auch der erfindungsgemäße Ventilsitz einen Ring 25 auf, der in einer zylindrischen Tragfläche 26 des Ventilgehäuses gleitet und einen ichtring 27 enthält. Eine Hauptdichtung 28 ist in den Ring 25 eingelassen. Federn 29, die sich auf einer ringförmigen Tragfläche 30 des Ventilg» Muses abstützen, halten die Dichtung 28 in Anlage an der kugeligen Tragfläche des Drehschiebers k»

Der Ring 25 wird - ebenfalls beweglich - in seiner Lage durch einen ortsfesten Ring 32 gehalten, der am Ventilgehäuse durch Schrauben 33 befestigt ist,und Dichtringe ^k und 35 enthält. Da der Dichtring 28 an der Tragfläche 31 anliegt, ist zwischen dem beweglichen Ring 25 und dem ortsfesten Ring 32 ein Ringraum 37 gebildet. Dieser kann durch eine Leitung 38, die durch das Ventilgehäuse gebohrt ist, mit einer Rohrleitung verbunden werden, die bei 39 ^an das Ventilgehäuse angeschlossen ist und eine unter Druck stehende Hilfsflüssigkeit heranführt.

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Auf der anderen Seite des Ringes 25 ist ein Ringraum 4o gebildet durch eine Hülse 41, welche Bohrungen 42 aufweist, die im Ringraum 4o den Druck der das Ventil durchströmenden Flüssigkeit einstellen.

Wie ein Blick auf den Teil 2A der Fig. 2 zeigt, findet am herkömmlichen Sitz, dessen Dichtung 18 am Drehschieber ständig anliegt, bei jeder Bewegung des Drehschiebers Reibung und daher Verschleiß statt. Ferner entsteht, wenn z. B. das Ventil geöffnet wird und der Rand des Durchgangskanals 12 des Drehschiebers den Innendurchmesser der Dichtung 18 erreicht, eine Durchgangsöffnung von sehr geringem Querschnitt, deren einer Rand von der Dichtung 18 gebildet wird. Die das Ventil durchströmende Flüssigkeit nimmt in dieser Öffnung geringen Querschnitts eine sehr hohe Geschwindigkeit an, die zu einer deutlichen Anfressung des Dichtringes in diesem Teil führt.

Wenn das Ventil mit einem erfindungsgemäi3en Sitz wie dem im Teil 2B der Fig. 2 dargestellten ausgestattet ist, wird vor jeder Drehbewegung des Drehschiebers 4 Druckflüssigkeit in den Ringraum 37 durch die Leitung 38 eingeführt. Wenn deren Druck ausreicht, wird der Sitzring 25 zurückgeschoben, wobei die Federn 29 zusammengedrückt werden, und dadurch wird die Dichtung 28 von der Tragfläche 31 entfernt. Wenn diese Betätigung z. B. einer Öffnungsbewegung des Drehschiebers 4 vorangeht, so ergibt - wie ersichtlich die Verschiebung der Dichtung 28 praktisch sofort einen großen lichten Durchgangsquerschnitt zwischen dem Ring 25 und dem Drehschieber 4, da dieser lichte Querschnitt sich über den ganzen Umfang des Ringes 25 erstreckt. Die von der Flüssigkeit erreichte anfängliche Geschwindigkeit ist also

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weit kleiner als diejenige, die sich beim herkömmlichen
Sitz einstellt. Ferner tritt die Erosionswirkung, das ist die durch das Hindurchquetschen der Flüssigkeit durch den engen Querschnitt erzeugte Anfressung, nicht mehr an der Stelle der Dichtung 28, sondern an der Stelle 43 zwischen dem Drehschieber k und dem ortsfesten Ring 32 auf.

Der Ring 25 und die Dichtung 28 werden während der
ganzen Drehbewegung des Drehschiebers im Abstand von diesem gehalten; wenn sich der Drehschieber in der gewollten Stellung befindet, dann wird der Druck in der Kammer 27 abgelassen; dies bringt den Ring 25 in seine Anfangsstellung zurück und die Dichtung von neuem an die Tragfläche 31»
und zwar unter der vereinigten Wirkung der Federn 29 und
des im Ringraum ko herrschenden Druckes der Hauptflüssigkeit. Es findet also niemals irgendeine Reibung der Dichtung 28 am Drehschieber k und infolgedessen praktisch kein Verschleiß der Dichtung 28 auf.

Die beschriebene erfindungsgem äße Einrichtung erlaubt beträchtliche Ersparnisse jbei der Ausführung des Ventils. Denn da sie keine Reibung an der kugeligen Tragfläche des Drehschiebers gibt^ braucht man diese Tragfläche nicht zu polieren; und man kann statt des nichtrostenden Stahls, den man bisher üblicherweise anwendete, damit die Tragfläche
blank blieb, jetzt ein gewöhnliches Metall verwenden.

Man kann ferner gewöhnliche Gummidichtungen anstatt
der bisher üblichen, um besseren Reibungskoeffizienten willen härteren Dichtungen verwenden. Fernerist der Drehschieber bei allen seinen Bewegungen gänzlich von den Reibungs-

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kräften frei, die sonst durch den Druck der Dichtungen 28 verursacht werden. Die zum Drehen des Drehschiebers nötige Energie ist daher beträchtlich kleiner, und die Antriebseinrichtung kann viel einfacher sein.

Schließlich brauchen, da die Dichtringe fast gar nicht verschleißen, auch keine Maßnahmen für ihre Erneuerung vorgesehen zu werden, und das ganze Ventil kann, da man keinen Ausbau des Ventils im Betrieb vorzusehen braucht, viel einfacher konstruiert werden.

¥ie aus Vorstehendem ersichtlich, muß man, um volle Wirksamkeit der Einrichtung zu erreichen, vor Beginn der Drehung des DrehscMebers 4 sich vergewissern, daß der Sitzring 25 gut vom Drehschieber abgehoben ist. Solche Sicherheit ist besonders leicht möglich, wenn der Drehantrieb des Drehschiebers durch einen hydraulischen Servomotor geliefert wird. Das Schema der Fig. 3 zeigt die Verbindung der Steuerkreise für die Bewegung des Sitzringes 25 und für die Drehung des Drehschiebers 4, die von einer und derselben Hydraulikpumpe und einem und demselben Steuerorgan ausgehen. Der Servoantrieb des Drehschiebers ist hier durch einen Kraftzylinder 45 dargestellt, dessen Kolbenstange die Drehung des Drehzapfens 11 durch ein aus Zahnstange und Zahnrad bestehendes Getriebe bewirkt. Die Abmessungen des die Verschiebung der Sitzringe bewirkenden Ringraunies 37 und des die Drehung des Drehscliiebers bewirkenden Kraftkolbens 45 sind so gewählt, daß die Rückführung dor Sitzringe einen Druck erfordert, der höher als der Druck der durch das Ventil strömenden Flüssigkeit, aber niedriger als der zur Drehung des Drehschieber« nötige Druck ist. Das Organ 46 ist ein vorbelastetes Rückschlagventil, wel-

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dies' Durchfluß von Druckflüssigkeit in der Pfeilrichtung nur dann zuläßt, wenn der Druck stromoberhalb des Ventils 46 einen bestimmten Wert erreicht. Das Steuerventil 47 ist eine von Hand zu betätigende, durch Federn in die Mittelstellung zurückzuführende Kombination zweier Vierwege-Dreistellungen-Ventile, deren eine bzw. andere Endstellung dem öffnen bzw. Schließen des Drehschiebers 4 entspricht. Kin Vorgang der Betätigung des Drehschiebers, nachdem das Steuerventil kj in die gewünschte Endstellung gebracht ist, vollzieht sich dann wie folgti

Man startet die Druckölpumpe 48. Diese erzeugt in der Leitung 4o einen wachsenden Flüssigkeitsdruck; dieser wird in die Hinträume 37 geleitet und bewirkt die Verschiebung der Sitzringe 25» ehe er genügend angewachsen ist, das Ventil 46 zu öffnen. Erst wenn die Sitzringe 25 am Ende ihres Versehiebeweges an den Anschlägen angekommen sind, kann der Druck in der Leitung 4°- weiter anwachsen, dann das Ventil 46 öffnen und darauf den Kraftzylinderkolben 45 bewegen und somit den Drehschieber 4 drehen. Die Rückkehr des Steuerventils 47 in seine neutrale, mittlere SE teilung hält den Kraftkolben 45 und den Drehschieber 4 in der beim vorangegangenen .Bewegungsabschnitt errichten Stellung, während der Druck in den Ringräumen fällt und hierdurch die Sitzringe 25 und insbesondere die Dichtringe 28 sich von neuem an die Tragfläche 31 des Drehschiebers 4 anlegen.

Die Erfindung ist keineswegs auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle anderen Ausführungsformen, die sie davon nur in Einzelheiten unters ehe iden.

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So braucht sie nicht nur auf ein Zweiwege-Ventil beschränkt zu sein, sondern könnte in gleicher Weise auch ein Drehschieberventil mit mehr als zwei Sitzringen, also mehr als zwei Stellungen angewendet werden.

Sie ist ferner nicht auf ein Drehschieberventil mit kugeligem Drehschieber beschränkt, sondern könnte auch auf jede andere Art von Drehschieber angewendet werden, sofern die Verschiebung der Sitzringe groß genug ist, daß der Drehschieber bei seinen Drehungen sich frei zwischen den Sitzringen hindurchbewegen kann. Sie könnte sogar auf ein Ventil mit geradlinig verschiebbarem (anstatt drehbarem) Verschlußstück angewendet werden.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   1 Λ Absperr-Schieberventil mit einem oder mehreren Sitzen, von denen jeder in der von ihm zur zugehörigen Eintritts- oder Austrittsöffnung führenden Leitung gleiten kann und zwischen denen ein Schieber in mindestens zwei Stellungen verschoben werden kann, der einen Kanal aufweist, der einen Durchgang zwischen der Eintritts- und der Austrittsöffnung je nach der Stellung' des Schiebers freigibt oder versperrt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil eine Einrichtung aufweist, die jeden Sitz (25) wahlweise an den Schieber (k) anlegt oder vom Schieber so entfernt, daß sein Abstand vom Schieber größer als der Abstand zwischen dem Schieber und den ortsfesten Teilen (1, 2) des Ventilgehäuses ist.
2. 2. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sitz als einringförmiger Kolben (25) ausgebildet ist, der in einem Ringraum gleitet, welcher k,oaxial zum Sitz in die Wand (26) des vom Sitz zur Eintritts- oder Austrittsöffnung des Ventils führenden Kanals eingearbeitet ist und mit einer Druckflüssigkeitsquelle (48) einstellbaren Druckes in Verbindung steht.
3. 3. Schieberventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ringförmigen Kolben (25) einfachwirkend ist, ferner daß er von der Druckflüssigkeit ein-'stellbaren Druckes in dem Ringraum (37) beaufschlagt wird, der sich auf dierselben Seite des ringförmigen Kolbens (25) wie der Sitz befindet, und daß er auf der anderen

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   Seite von Federn (29) beaufschlagt wird, die ihn an den Schieber (4) zurückzudrücken suchen.
4. 4. Schieberventil nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (4o), welcher sich auf der dem Sitz abgewandten Seite des ringförmigen Kolbens (25) befindet, mit dem Hauptkanal, in dem die das Ventil durchströmende Flüssigkeit strömt, in Verbindung steht (Bohrungen 42 ).
5. 5. Schieberventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ringförmige Kolben (25) doppeltwirkend ist und der Ringraum (37)» der sich auf seiner dem Sitz abgewandten Seite befindet, mit der Druckflüssigkeit einstellbaren Druckes wahlweise über einen Steuerschieber (47) beaufschlagt wird.
6. 6. Schieberventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Schiebers (4) durch einen an sich bekannten hydraulischen Antrieb mit Hilfs-Druckflüssigkeit und die Verschiebung der Sitze durch dieselbe Hilfsflüssigkeit bewirkt wird und daß die Maße der Zylinder-Ringräume (37» 4o), der Rücvkholfedern (29) und des Schieber-Antriebs (45) so gewählt sind, daß die Bewegung der Sitze (25) bei einem niedrigeren Druck stattfindet als demjenigen, der für die_Bewegung des Schiebers erforderlich ist.

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