DE2942341A1

DE2942341A1 - Brandsicheres drosselklappenventil

Info

Publication number: DE2942341A1
Application number: DE19792942341
Authority: DE
Inventors: Francis Warren Stafford Springs Conn. Stager
Original assignee: Litton Industrial Products Inc
Current assignee: Quamco Inc East Hartford Conn Us
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1979-10-19
Publication date: 1981-04-30

Description

Brandsicheres Drosselklappenventil

Die vorliegende Erfindung betrifft Drosselklappenventile. Insbesondere betrifft sie Drosselklappenventile mit unter hohen Temperaturen zerstörbaren und unzerstörbaren Sitzringen und speziell ein Drosselklappenventil, in dem der unzerstörbaio Sitzrinq normalerweise gegen das bewegbare Ventilelement vorbelastet ist und in der Vorlaststeilung von einer Halteanordnung in der den Strömungskanal umschließenden Innenwandfläche des Ventilkörpers gehalten wird.

Ventile, die· in brennbare Stoffe wie Kohlenwasserstoffe führende Leitungen eingefügt werden sollen, müssen bei normalen Temperaturen sowie anderen Temperaturen dicht abschließen, die Dichtelemente aus bei hohen Temperaturen zerstörbaren Werkstoffen zerstören würden. Brandsichere Ventile nach dem Stand der Technik enthalten unzerstörbare Sitzelemente, die wirksam werden, wenn das zerstörbare Sitzelement zerstört worden ist, oder die nur in einer Richtung wirken. Da die TempuiaLuren, bei denen das Sitzelement zerstört wird, jedoch beiderseits des bewegbaren Ventilelements auftreten können, ist ein unzerstörbares Sitzelement erforderlich, das nach beiden Richtungen hin die Leitung absperren kann.

Weitere Gesichtspunkte sind geringe Erstellungskosten, ein einfacher Zusammenbau der Ventilanordnung sowie die Freiheit

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von Justierarbeiten nach dem Zusammenbau.

Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Sitzanordnung mit einem elastischen zerstörbaren Sitzring sowie einem unzerstörbaren Sitzring aus Metallwerkstoff so angeordnet, daß man normalerweise bei normalen Temperaturen einen redundanten bidirektionalen Abschluß erhält, wobei der Metall-Sitzring für einen bidirektionalen Abschluß sorgt, falls der zerstörbare elastische Sitzring durch einen Brand zerstört wird.

Der Metall-Sitzring ist im Ventilkörper angrenzend am elastischen Sitzelement angeordnet und steht radial einwärts in den Strömungskanal vor. Das radial am weitesten innen liegende Ende des Metall-Sitzrings ist um etwa 180° auf sich selbst zurückgefaltet, so daß ein im wesentlichen flacher Sitzteil entsteht, der entsprechend der Dichtfläche eines Ventilelements verläuft, und der äußere Rand steht mit einem strukturierten Teil der den Strömungskanal um- · schließenden Innenwandung des Ventilkörpers in Eingriff und wird von diesem gehaltert. Dabei sind die Abmessungen dieses strukturierten Innenwandteils so gewählt, daß der gekrümmte Sitzteil eine vorbestimmte Vorlast auf das Ventilelement ausübt und der Sitzring an einer Bewegung in Axialrichtung unter dem Strömungsmitteldruck gehindert wird, so daß ein dichter Abschluß in beiden Strömungsrichtungen entsteht. Weiterhin ist der Metall-Sitzring an seinem Sitzteil mit Öffnungen versehen, so daß der Strömungsmitteldruck in einer Richtung die Dichtwirkung verstärkt. Ein Ventil nach der vorliegenden Erfindung erlaubt einen dichten Abschluß in beiden Strömungsrichtungen innerhalb zulässiger Leckverluste bei Drücken von 0 bis 5,1 MPa (0 bis 740 psi) bei normalen sowie solchen Temperaturen, bei denen das redundante zerstörbare elastische Dichtelement zerstört wird.

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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein billig zu erstellendes, leicht zusammenzubauendes und bei hohen Temperaturen brandsicheres Drosselklappenventil anzugeben.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein bidirektionales brandsicheres Drosselklappenventil anzugeben.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen brandsicheren Metall-Sitzring sowie eine Halterung für diesen derart anzugeben, daß eine gewählte Vorlast aufgebracht und eine Haltekraft gegen den Strömungsdruck aus beiden Richtungen erzeugt werden können.

Die Erfindung soll nun an einem Ausführungsbeispiel unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich erläutert werden, wobei gleiche bzw. einander entsprechende Teile in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt in der Zentralebene eines Drosselklappenventils nach der vorliegenden Erfindung ;

Fig. 2 ist eine Einzelheit aus dem Vertikalschnitt auf der Ebene 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Darstellung entsprechend der Fig. 2 und zeigt die Anordnung, nachdem das bei hohen Temperaturen zerstörbare Dichtelement zerstört worden ist; und

Fig. 4 ist eine Teilperspektivdarstellung des biegsamen Metall-Dichtrings.

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Die Fig. 1 zeigt eine Drosselklappenventilanordnung mit einem Ventilkörper 11 mit einem mittigen Strömungskanal 12, der so ausgestaltet ist, daß er ein Ventilelement in Form einer Scheibe 13 aufnehmen kann, die als Kugelschicht ausgestaltet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Scheibe mit der größeren bzw. rechten Seite an einem Ventilsteuerschaft 14 befestigt, der drehbar im Ventilkörper 11 gelagert ist und dessen Drehachse zentral mit der Achse der Kugel verläuft, aus der die Scheibe 13 eine Schicht darstellt. Die Ventilanordnung läßt sich beispielsweise mit den Bolzen 15, die durch den Körper 11 und durch flansche 16 der Rohranschlüsse 17, 18 beiderseits des Ventils verlaufen, in eine Strömungsmittelleitung einfügen.

Wie am besten die Fig. 2 und 3 zeigen, enthält der Ventilkörper 11 einen allgemein mit dem Bezugszeichen 2 1 bezeichneten umlaufenden Ausschnitt in der linken Seite des Ventilkörpers 11, der vom Strömungskanal 12 radial auswärts verläuft. In dem umlaufenden Ausschnitt 21 ist beispiels-* weise mit den Bolzen 22 ein Haltering 23 für das Sitzelement festgelegt, dessen Innenfläche den Strömungsmittelkanal 12 des Ventilkörpers links von der Ventilscheibe 13 umgibt. Der Haltering 23 enthält einen nach rechts geschrägten Ausschnitt, der allgemein mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet ist und dessen radial am weitesten außen liegende Innenwandfläche 25 und dessen allgemein axial gewandte Innenwandfläche 26 genieinsam mit der axial gegenüberliegenden Wandfläche 27 des Ausschnitts 21 im Ventilkörper 11 eine das Sitzelement aufnehmende Vertiefung 28 bilden, die am besten in der Fig. 3 zu erkennen ist. Der Schrägungswinkel der Vertiefung 28 ist so angelegt, daß in ihr ein elastischer Sitzring, der allgemein mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet ist, allgemein rechtwinklig zur Dichtfläche 32 der bewegbaren Scheibe 13 in die Sollage gebracht wird. Die Innen-

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flächen 26, 27 der Vertiefung bilden weiterhin einen Keil, um die Basis bzw. den radial am weitesten außen liegenden Teil des elastischen Sitzrings 31 unter dichtem Abschluß aufzunehmen, dessen axiale Abmessungen ausreichend größer als die Keilabmessungen sind, um einen wirksamen dichten Abschluß herzustellen. Die Radialabmessung des Sitzrings 31 ist derart, daß er mit seinem radial am weitesten innenliegenden Teil 30 dicht auf der Fläche 32 der Ventilscheibe 13 aufliegt.

Der durch hohe Temperaturen zerstörbare und elastische Sitzring 31, der vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen besteht, ist mit radial beabstandeten und axial gerichteten Nuten 33, 34 ausgebildet, von denen die radial innenliegende Nut 33 dazu dient, den radial gerichteten Dichtdruck durch die Wirkung des Strömungsdrucks von links zu verstärken, wie mit den Pfeilen 35 in Fig. 2 angedeutet.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein flacher Sitzring aus Metall, der in einer Teildarstellung in Fig. 4 gezeigt ist, mit einem radial am weitesten außen liegenden Ringteil 37 ausgebildet, der zwischen dem Haltering 23 und der axial zugewandten Stirnwand 27 des Ausschnitts im Ventilkörper radial auswärts der Vertiefung sandwichartig festgehalten wird, wie in den Figuren rechts des elastischen Dichtrings 31 gezeigt, beiderseits des Ringteils sind zum Zweck eines brandsicheren Abschlusses Graphitringe 38 angeordnet, wie sie unter der Bezeichnung GRAFOIL im Handel sind. Der Sitzring 36 steht in die Vertiefung 28 hinein entlang der axial gewandten Fläche 27 des Ausschnitts 21 in der linken Seite des Ventilkörpers 11 vor; weiterhin steht er in den Strömungskanal 12 vor, wo der radial am weitesten innenliegende Teil nach rechts und dann um im wesentlichen 180° auf sich selbst zurückgebogen ist, so daß eine Sitzfläche 41 ent-

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steht, die entsprechend der Dichtfläche 32 der Ventilscheibe 13 verläuft. Die radial auswärts gerichtete Abschlußkante 42 des Rings gleitet beim Zusammenbau des Ventils auf einer Schräge 43 entlang und rastet dann auf eine entgegengesetzt gerichtete Schräge 44 in der Wandung des Strömungskanals 12 an der öffnung der Vertiefung 28. Die Gestaltung bzw. Abmessungen der Kante 42 und der Schräge 4 4 bestimmen dabei die Vorlast, die die Sitzfläche 41 des Rings 36 auf die Dichtfläche 32 der Ventilscheibe 13 aufbringt. Die entgegengesetzt gerichteten Schrägen 43, 44 dienen gemeinsam mit der Kante 42 auch dazu,durch das Festlegen der Kante 4 2 die Verformung der Sitzfläche unter dem Strömungsdruck von beiderseits der Ventilscheibe 13 minimal zu halten. Die Schrägen 43, 44 bilden also eine Krone ("formation").

Die Fig. 3 zeigt das Drosselklappenventil, nachdem der elastische Sitzring 31 durch Feuer zerstört worden ist. Unter dem Strömungsdruck von links stützt die Stirnfläche 27 des Ventilkörpers den flexiblen Metall-Sitzring 36 ab, während durch das Aufliegen der Kante 42 des Rings 36 auf der Schräge 44 in der Kanalwandung die Sitzfläche 41 sich nicht so weit verformen kann, daß der dichte Abschluß verloren geht.

Wirkt der Strömungsdruck von rechts, verhindert das Aufliegen der Kante 42 des Rings 36 auf der Schräge 4 4 in der Wandung des Kanals 12 ebenfalls eine Verformung der Sitzfläche 41. Wie in Fig. 2 und 3 sowie insbesondere in Fig. 4 gezeigt, kann die Kante 42 mit Kerben 45 in Winkelabständen von beispielsweise 4 5° versehen sein, so daß der Strömungsdruck von rechts zwischen der Wand des Strömungskanals und dem ausgebogenen Teil wirken und so den Dichtdruck verstärken kann.

Bei Hochtemperaturanwendungen, bei denen die normalerweise

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auftretenden Temperaturen höher sind als die Zerstörungstemperatur des elastischen Sitzrings 31, verwendet man lediglich den Sitzring 36.

Der Sitzring 36 kann aus nichtrostendem Stahl oder einem anderen hochtemperaturbeständigen Metallwerkstoff wie Inconel, Titan, Beryllium oder dergleichen bestehen. Weiterhin kann man die Dichtfläche 32 der Scheibe 13 und auch die Sitzfläche 4 1 des Sitzrings 36 metallisch beschichten, um deren Härte und Verschleißfestigkeit zu verbessern.

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Claims

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080 / 6 49 26 Q· Adre···:

Quadratur Berlin T.i.gr._mm Ad,....:

TELEX: Ιβ37ββ München, den 19. Oktober 1979 TELEX-"522767"

LITTON INDUSTRIAL PRODUCTS, INC.,

222 Roberts Street, East Hartford, Connecticut 06108, V. St. A.

Patentanspruch

./' Drosselk lappenvent ilanordnung zur Strömungssteuerung· bei normalen und hohen Temperaturen mit einem bewegbaren Ventilelement, das den Strömungskanal sperren kann, eine Dichtanordnung, die einen bidirektionalen Abschluß zum Ventilelement herstellt, und mit einer Vertiefungsanordnung zum Festlegen der Sitzringe in Ventilkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtanordnung einen bei hohen Temperaturen zerstörbaren elastischen Sitzring (31) sowie einen Sitzring (36) aus Metall aufweist, der bei hohen Temperaturen unzerstörbar ist, wobei der elastische und der Metall-Sitzring in den Kanal (12) hinein vorstehen und zwei Sitzflächen (3o, 41) bilde-, die einen redundanten Abschluß zum Ventilelement (31) bei normalen Temperaturen schaffen,und daß eine Anordnung (44) im Strömungskanal in Eingriff tritt mit einer rückgefalteten Kante (42) des Metall-Sitzrings, um diesen gegen das

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ORIGINAL INSPECTED

Ventilelement vorzuspannen und ihn gegen den Druck von beiderseits des Ventilelenients zu haltern, so daß der Metall-Sitzring einen in den beiden Richtungen wirksamen Abschluß zum Ventilelement bei erhöhten Temperaturen bietet, bei denen der elastische Sitzring zerstört wird.

2. Drosselklappenventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (44) im Strömungskanal eine Schrägflächenanordnung im Strömungskanal an der Öffnung der Vertiefung ist.

3. Drosselklappenventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rückgebogene Kante (42) des Metallrings (36) Kerben (45) enthält, durch die hindurch das Strömungsmittel die Dichtwirkung in einer Richtung unterstützen kann.

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