DE2849281A1

DE2849281A1 - Absperrorgan, insbesondere drehschieber

Info

Publication number: DE2849281A1
Application number: DE19782849281
Authority: DE
Inventors: Richard S Brumm
Original assignee: Grove Valve and Regulator Co
Current assignee: Grove Valve and Regulator Co
Priority date: 1977-11-14
Filing date: 1978-11-14
Publication date: 1979-05-17
Also published as: US4193578A; JPS54106927A; DE2849281C2; JPS623343B2

Description

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Grove Valve and Regulator Company, 6529 Hollis Street, Oakland, California (V.St.A.)

Absperrorgan, insbesondere Drehschieber

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Beschreibung:

Es sind bereits verschiedene Absperrorgane mit drehbaren bzw. verschwenkbaren Absperrkörpern.wie Kugelventile, Drehschieber o. dgl, als Steuerventile bzw. steuerbare Absperrorgane zur Feinsteuerung von Fluida-Flußcharakteristika auf einer kontinuierlichen Basis bekannt, die sich von dem konventionellen An- u. Ab- bzw. Ein- u. Aus-Verfahren unterscheiden. Bestimmte solcher Absperrkörper sind jedoch schwierig zu verschwenken und erfordern ein großes drehmomentenstarkes Betätigungsglied, hohe Kosten und Sperrigkeit. In manchen Fällen wurden die Kosten durch Vermindern des Gewichtes eines Ventil- bzw. Hahnabsperrkörpers, beispielsweise durch Ausbilden des Kükens als lediglich ein Segment einer Kugel, vermindert. Die Kraft der Fluidum-Strömung, die gegen das Küken bzw. den Absperrkörper wirkt, stellt jedoch eine gewisse Drehmomentenbelastung dar, welche die gewünschte Steuergenauigkeit erschwert.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Absperrorgan bzw. ein Steuerventil mit geringem Drehmoment zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Steuerventils bzw. steuerbaren Absperrlorganes oder -hahnes, der in der Lage ist, auch unter Hochdruckbedingungen genau steuerbar zu sein.

Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, insbesondere, wenn sie in Verbindung mit der Zeichnung gelesen wird.

Gemäß der Erfindung wird einhbhlei/Ventil-bzw. Hahnkörper mit darin drehbar bzw. schwenkbar befestigten Stummelwellen bzw. -schäften gebildet. Ein Armpaar erstreckt sich radial von den inneren Enden der Stummelwellen und trägt an deren äußeren Enden ein sphärisches oder kugelartiges Segment, das in der Lage ist, im Zusammenwirken mit einem ringförmigen Ventilsitz in Funktion

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zu treten. Zwischen den Armen, auf oder oberhalb der Achse der Stummelwellen, befindet sich eine Schaufel bzw. ein Flügel, der im Äußeren kreisförmig ausgebildet ist und eine maximale Dicke längs des Durchmessers aufweist, der mit der Achse der Stummelwellen bzw. Wellenstummeln fluchtet, sich in der Dicke jedoch in beiden Richtungen transversal von diesem Durchmesser verjüngt. Der Flügel is^gewissermaßen um den Durchmesser maximaler Dicke in der Drehrichtung entgegengesetzt zur Richtung der Öffnungsbewegung "gekippt" bzw. geneigt, wodurch er dem Fluidums&rom parallel zur Durchgangsachse durch die volle Hahn- Öffnungsbewegung ausgesetzt ist. Der auf den schiefwinkligen Flügel auftreffende Fluidumsstrom tritt der Wirkung demselben Stromes entgegen, der auf das ballige bzw. kugelartige Segment auftrifft. Hierdurch neigen die Wirkungen solchen Auftreffens dazu, einander aufzuheben und den Drehmomentenbetrag wesentlich zu vermindern, der erforderlich ist, um das Küken mit dem sphärischen Segment zu ächwenken.

Die Zeichnung zeigt in

Figur 1 einen vertikalen Teilschnitt durch ein Steuerventil bzw. einen steuerbaren Hahn, der die Merkmale der Erfindung verkörpert ;

Figur 2 einen vergrößerten Teilschnitt des Absperrorganes; Figur 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 von Figur 2.

Gemäß den größeren Einzelheiten von Figur 1 kann das Steuerventil K mit niedrigem Drehmoment gemäß der Erfindung beim Gebrauch zwischen die Flansche 12,14 von zwei Leitungsabschnitten 16,18 mit Hilfe von Bolzen 20 und geeigneten Dichtungsringen 22,24 die Enddichtungen darstellen, eingeklemmt sein. Das Ventil bzw. der Hahn 10 kann einen im allgemeinen zylindrischen, rohrförmigen Körper 26 aufweisen, der einen austrittsseitigen Durchgang besitzt, der mit der benachbarten Pipeline 18 fluchtet und in Verbindung steht.

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An der eintrittsseitigen Seite weist ein Kükenträgerkäfig 13 einen äußeren radialen Flansch 32 auf, der sich an der Schulter 34 abstützt, die durch eine Gegenbohrung 36 in dem rohrförmigen Körper 26 gebildet ist. Ein dünner, metallischer Dichtungsring 38, der durch einen etwas dickeren Dichtungsring 40 aus Kunststoff abgestützt bzw. verstärkt ist, ist mit diesem zwischen den Kükenabstützkäfig 30 und einem eingangsseitigen Strömungsdurchgangs -ring 42 eingeklemmt. Zwischen den eingangsseitigen Ring 42 und dem Ventil- bzw. Absperrkörper oder Küken 12 ist ein Dichtungsring 43 eingeklemmt. Darüber hinaus werden bei der Benutzung der Kükenträger-Abstützkäfig 30 die Dichtungsringe 38 u. 40 und der eingangsseitige Durchgangsring 42 durch Einklemmen zwischen die Rohrflansche 12 u. 14 in Stellung gehalten.

Vor der Montage können diese Komponenten jedoch zusammengesetzt

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und durch Angriff von Abdeckscheiben gegen eine Schulter 46 rings um den eintrittsseitigen Durchgangsring 42 zusammengehalten sein; solche Abdeckscheiben werden durch Kopfschrauben 48 gehalten.

Der Ventilkörper bzw. das Küken 50 weist eine sphärische äußere Dichtfläche 52 auf, die in der Absperrlage des Ventils bzw. Drehschiebers kreisförmig bzw. rings am Umfang an den Dichtungen 38, 40 angreift. Das abdichtende, kugelartige Segment 52 wird von Armen 54 abgestützt, die sich radial von den Wellenstummeln 56 (Figur 3) ausgehend erstrecken. Die Wellenstummel 56 bzw. -Schäfte sind drehbar in Buchsen 5β gehalten, die ihrerseits auswechselbar in fluchtenden Öffnungen 60 im Käfig 30 gehalten sind. Wenn die Buchsen 93achsial aus den Öffnungen 60 herausgenommen werden, sind die Wellenstummel bzw. Stummelwellen 56 frei,um durch die Austrittsöffnungen 62 zur leichten Entnahme und Wiedereinführung des Kükens 50 hindurchtreten zu können. In den Wellenstummeln 56 in der Stellung in den Buchsen 60 sind diese in der Lage, von außerhalb des Ventilkörpers 26 durch geeignete, nicht dargestellte,

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Betätigungselemente verschwenkt bzw. verdreht werden zu können.

Zur Überprüfung bzw. Überholung ist es daher lediglich erforderlich, die Bolzen 20 zu lösen und einige derselben zu entfernen, so daß die Ventileinheit 10 aus dem Raum zwischen den Flanschen 12, 14 herausgenommen werden kann. Danach können der eintrittsseitige Durchgangsring 42, der Dichtring 43 und die Dichtringe 38, 40 entfernt werden. Anschließend kann der Kükenhaltekäfig 30 aus dem zylindrischen Körper 26 und falls erforderlich, das Küken 50 entnommen und wie oben beschrieben ersetzt werden.

Zur wesentlichen Versteifung der Struktur erstreckt sich zwischen den Armen 54 ein Flügel 66 und zwar vorzugsweise im allgemeinen mit einer kreisförmigen Umfangslinie (^igur 3)· Wenn das Schieberküken 50 aus seiner vollständig geschlossenen Stellung (Absperrlage) verdreht wird, trifft der Fluidumsstrom auf dessen sphärische äußere Oberfläche 52 auf und drückt das Küken 50 so, daß es im Gegen-Uhrzeigersinn in Figur 1 in Richtung seiner vollständig geöffneten Stellung verschwenkt. Gleichzeitig trifft der Fluidumsstrom auf den Flügel und insbesondere auf die innere Oberfläche 66a der nacheilenden Teile desselben in Bezug zur Kükenöffnungsbewegung auf, um das Küken 50 so vorzuspannen, daß es im Uhrzeigersinn verschwenkt mit der Neigung, daß die Kräfte überwunden werden, die gegen die sphärische Oberfläche 52 drücken und daß der zum Betrieb des Schiebers 10 erforderliche Drehmomentenbetrag wesentlich vermindert wird. Dieser Drehmomentenlöschungseffekt wird optimiert durch Schrägstellen des Flügels in einer Richtung entgegengesetzt zur Schieberöffnungsbewegung, so daß, wie aus Figur 2 ersichtlich, eine wesentliche Bewegung im Uhrzeigersinn auch dann erreicht wird, wenn sich das Hahnküken 50 in seiner vollständig geöffneten Stellung befindet.

Gemäß Figuren 2 und 3 ist der Flügel 66 zwischen den Armen 54 im wesentlichen kreisförmig im Außenumfang und weist eine maximale Dicke längs eines Durchmessers parallel zur Achse

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der Wellenstummel 56 auf, der sich allerdings zu einer verminderten Dicke in beiden Richtungen quer zu der Achse verjüngt. Der Flügel 66 ist dann um jenen Durchmesser in einer Richtung entgegengesetzt zur Schieberöffnungsdrehrichtung "gekippt", so daß die innere oder untere Oberfläche des Flügels dem Fluidumsstrom während eines größeren Segmentes einer solchen Öffnungsbewegung ausgesetzt wird.

Das Absperrorgan 10 gemäß der Erfindung ist zur Verwendung als Steuerventil bzw. steuerbarer Schieber und nicht als Ein-/ Ausschaltventil verwendet und dessen normaler Betriebsbereich befindet sich in einem Winkel zwischen 10° und 85° von der vollständigen Absperrstellung aus. Im Betrieb stellte es sich heraus, daß mit der Klügel- bzw. Schaufelkonstruktion eine Drehmomentenumkehr stattfindet. Das bedeutet beim firoßteil des Betriebes, daß ein positives Drehmoment vorhanden ist, das den Absperrkörper bzw. das Küken 50 in Richtung seiner Absperrlage drückt, aber das unmittelbar vor Erreichen der vollständig geöffneten Stellung, wenn sich der Flügel 66 der fluchtenden Stellung mit dem Flüssigkeitsstrom annähert, das Drehmoment in eine Schwenk- bzw. Drehrichtung umkehrt, die dazu neigt, das Küken in dessen geöffnete Stellung zu drücken. Diese unerwünschte Eigenschaft würde als Faktor bei dieser Ausbildung dadurch beseitigt, daß durch das Schrägstellen bzw. Kippen des Flügels die Tendenz zur Drehmomentenumkehr verzögert wird, so daß sie in dem oben beschriebenen Betriebsbereich nicht auftritt.

Obwohl die Erfindungen Verbindung mit einer bevorzugten Ausbildung beschrieben wurde, ist sie verständlicherweise nicht hierauf beschränkt.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß der Drehschieber ein kugelartiges Segment aufweist, das von Stegen bzw. Armen abgestützt wird, die radial von fluchtenden Wellenstummeln ausgehen.

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Von den Armen wird eine Schaufel bzw. ein Flügel getragen, dessen Äußeres kreisförmig ausgebildet ist und längs des parallel zu der Schaftachse verlaufenden Durchmessers maximale Dicke aufweist, sich jedoch nach beiden Richtungen,quer zu dem Durchmesser zu geringeren Dicken verjüngt. Darüber hinaus ist der Flügel um den Durchmesser maximaler Dicke in der Drehrichtung entgegengesetzt zur Kükenöffnungsbewegung schräg gestellt, so daß er durch den vollen Bewegungsbereich des Kükens hindurch dem Flüssigkeitsstrom ausgesetzt bleibt. Der auf den Flügel wirkende Fluidumsstrom drängt das Küken in Richtung der Absperrlage und verhindert die Effekte der gegen das Küken selbst wirkenden Fluidumsströmung.

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Claims

Fatentar sprüche

.■ Absperrorgan, insbesondere Drehschieber, mit einem Gehäuse und darin befindlichem eintrittsseitigem Durchgang, mit einem sich in der maximalen Absperrlage über dessen Querschnitt erstreckenden Absperrkörper bzw. Hahnküken mit einer der Eintrittsseite zuwendbaren Auftreffflache und einem Schaft, der zum Schwenken bzw. Drehen des Kükens zwischen der maximalen Absperrlage und einer um 90° dagegen versetzten vollständig geöffneten Stellung drehbar im Gehäuse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrefffläche (52) aus der Schaftachse so versetzt ist, daß eine durch das Gehäuse fließende und auf die Auftrefffläche (52) auftreffende Strömung das Küken (50) in die vollständig geöffnete Stellung zu drücken sucht, und daß ein vom Küken (50) getragener und der Strömung durch das Gehäuse aussetzbarer Flügel (66) in bezug auf die Schaftachse so versetzt ist, daß das Auftreffen der genannten Strömung auf diesen das Küken (50) aus der vollständig geöffneten Stellung zu drücken sucht.
2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Küken (50) ein Segment einer Kugel bildet und ein Paar Stege bzw. Arme (54) aufweist, die im allgemeinen radial von der das Segment tragenden Achse abstehen, und daß sich der Flügel (66) zwischen den Armen (54) erstreckt.
3. Absperrorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eintrittsseitige Durchgang von einem

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Ring (42) gebildet ist, der mindestens eine von diesem getragene Dichtung (38, 40) aufweist, an der das Kugelsegment in der maximalen Absperrlage am Umfang angreift.
4. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche (66a) des Flügels (66) an dessen nacheilender Seite in bezug zur Hahnöffnungsbewegung von der Mitte zur Peripherie derselben zurückfällt bzw. abgeschrägt ist.
5. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche (66a) an der nacheilenden Seite genügend zurückfällt bzw. abgeschrägt ist, so daß sie bei voller Kükenbewegung dem Fluß parallel zur Achse des Durchgangs ausgesetzt ist.
6. Absperrorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (66) eine im wesentlichen kreisförmige Einhüllende und einen Durchmesser maximaler Dicke parallel zur Schaftachse aufweist, sich aber nach beiden Richtungen transversal von diesem Durchmesser verjüngt, und daß der Flügel (66) von diesem Durchmesser in der Richtung entgegengesetzt zur Kükenöffnungsbewegung geneigt bzw. schiefwinkelig verläuft.

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