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Absperrvorrichtung für einen Strömungskanal
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Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung für einen durch ein
Gehäuse verlaufenden Strömungskanal, mit einem quer zum Strömungskanal linear bewegbaren
Schieber zum Verstellen einer Klappe in Richtung auf einen Ventilsitz.
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Bekannte Absperrvorrichtungen für Fluidkanäle weisen einen Schieber
auf, der eine Klappe gegen einen Sitz drückt, um den Strömungskanal zu versperren.
Da der Schieber zur Betätigung der Klappe quer zum Strömungskanal verläuft, ist
der Ventilsitz in der Regel ebenfalls quer zum Strömungskanal angeordnet, so daß
die Strömung, um den offenen Ventilsitz passieren zu können, vor und hinter dem
Ventilsitz umgelenkt werden muß. Durch die mehrmalige Richtungsumkehr entstehen
in der Strömung Turbulenzen, die häufig unerwünscht sind. Ein weiterer Nachteil
besstcht darin, daß die
bekannten Absperrvorrichtungen im geöffneten
Zustand einen relativ hohen Strömungswiderstand haben. Wenn das strömende Medium
unter Druck steht, wirkt sich der relativ geringe Druckabfall nur unwesentlich aus.
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Insbesondere bei niedrigen Förderdrücken in der Größenordnung von
0 bar bis 3 bar, können die durch die Absperrvorrichtungen hervorgerufenen Druckabfälle
aber bereits eine erhebliche Beeinträchtigung darstellen, insbesondere wenn der
Strömungskanal mehrere Absperrvorrichtungen hintereinander aufweist, was aus Sicherheitsgründen
häufig gefordert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperrvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen sehr geringen Strömungswiderstand
hat und ein schnelles und sicheres Schließen der Klappe gewährleistet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Strömungskanal durch das Gehäuse im wesentlichen geradlinig verläuft, daß die Klappe
an dem Gehäuse um eine quer zum Strömungskanal verlaufende Achse schwenkbar gelagert
ist und daß der Schieber über einen Lenker an der Klappe derart angreift, daß die
Klappe in der öffnungsstellung annähernd parallel zum Strömungskanal verläuft.
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Bei der erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung führt die Klappe eine
Schwenkbewegung um eine außerhalb des Strömungskanals angeordnete Schwenkachse aus.
In der Öffnungsstellung wird die Klappe so ausgerichtet,
daß sie
parallel zur Achse des Strömungskanals verläuft und praktisch aus diesem herausgeschwenkt
wird.
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Der Lenker ermöglicht die Verstellung der Klappe durch einen linear
bewegbaren Schieber, der beispielsweise durch eine Kolben-Zylinder-Einheit angetrieben
werden kann. Durch die geöffnete Klappe wird der Querschnitt des geradlinigen Strömungskanals
praktisch vollständig freigegeben, so daß die Strömung durch die Absperrvorrichtung
nur ganz unwesentlich beeinflußt wird.
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Vorzugsweise verläuft der Schieber durch einen mit dem Strömungskanal
verbundenen seitlichen Anschlußstutzen des Gehäuses und der Anschlußstutzen hat
eine solche Weite, daß er die Klappe in der Öffnungsstellung mindestens teilweise
aufnimmt. Die Klappe kann somit aus dem linearen Strömungskanal in den seitlichen
Anschlußstutzen hinein zurückgezogen werden. Dies hat den Vorteil, daß die Klappe
im öffnungszustand aus dem Strömungskanal entfernt wird und daß sie außerdem im
Öffnungszustand den Strömungskanal seitlich begrenzt und den Durchgang in den Anschlußstutzen
hinein wenigstens teilweise versperrt. Dadurch wird eine weitgehend turbulenz freie
Strömung im Öffnungszustand erreicht.
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Zweckmäßigerweise ist an der Achse ein Hebel gelagert, dessen Arm
einerseits an dem druckseitigen Ende der Klappe angreift und andererseits gelenkig
mit dem Lenker verbunden ist. Dieser einarmige Hebel bildet das Führungsteil für
die Schwenkbewegung der Klappe und er nimmt zusätzlich an der Umsetzung der Linearbewegung
des Schiebers in die Schwenkbewegung der Klappe teil. Die Klappe ist an dem freien
Ende des
Hebels vorzugsweise so angebracht, daß die Verbindung zwischen
Hebel und Klappe zwar fest ist, andererseits aber kleine Verstellungen der Klappe
relativ zu dem Hebel ermöglicht, so daß die Klappe sich frei an den Ventilsitz anpassen
kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ventilsitz
eine mit einem Kontrollkanal verbundene Ringnut aufweist. Dies dient der Dichtigkeitskontrolle,
da im Falle einer Undichtigkeit ein Teil des Strömungsmediums in die Ringnut und
durch diese in den Kontrollkanal gelangt. Der Kontrollkanal kann an einen Aúffangbehälter
angeschlossen werden, der eine Leckage-Anzeigeeinrichtung aufweist. Diese ermöglicht
im Sperrzustand der Klappe die überwachung der Dichtigkeit der Absperrung. Die Klappe
kann eine sich gegen den Ventilsitz legende Dichtscheibe aufweisen, die in der Schließstellung
die stirnseitig offene Ringnut des Ventilsitzes verschließt.
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Wenn die Steuerung des Schiebers durch einen Kolben hydraulisch oder
pneumatisch erfolgt, besteht die Gefahr, daß die Klappe am Ende der Schließbewegung
mit hoher Geschwindigkeit gegen den Sitz schlägt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung wird der Kolben bei Erreichen der Schließstellung der Klappe durch
eine Dämpfungseinrichtung gebremst. Diese Dämpfungseinrichtung ist vorzugsweise
am Zylinder oder am Kolben angebracht. Sie bewirkt ein sanftes Anlegen der Klappe
gegen den Sitz am Ende der Schließbewegung.
Im folgenden wird unter
Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert.
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In der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch die Absperrvorrichtung
dargestellt.
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Die Absperrvorrichtung weist ein Gehäuse 10 mit einem durchgehenden
geradlinigen Strömungskanal 11 auf. Zum Anschluß des Gehäuses 10 an Rohrleitungen
o.dgl. sind an den Enden des Strömungskanales 11 Flansche 12,13 vorgesehen. Das
Gehäuse weist ferner einen seitlich von dem Strömungskanal 11 rechtwinklig abgehenden
Anschlußstutzen 14 mit einem an seinem Ende vorgesehenen Flansch 15 auf. Die Strömung
des Strömungsmediums, bei dem es sich beispielsweise um Heizgas mit einem Druck
von wenigen bar handelt, bewegt sich in Richtung des Pfeiles 15 durch den Strömungskanal
11. In Strömungsrichtung hinter dem Anschlußstutzen 14, ist in dem Strömungskanal
11 ein ringförmiger Ventilsitz 16 befestigt, der an seinem stromaufwärts gerichteten
Ende eine Sitzfläche mit einer stirnseitigen Ringnut 17 aufweist. Zum Verschließen
des Gasdurchgangs durch den Ventilsitz 16 dient die Klappe 18, die als kreisförmige
Scheibe ausgebildet ist und die an ihrer dem Sitz 16 zugewandten Stirnseite eine
Dichtscheibe 19 aufweist.
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Die Dichtscheibe 19 legt sich flach gegen die Dichtfläche des Ventilsitzes
16 und verschließt dabei die Ringnut 17. Die Ringnut 17 ist über einen Kontrollkanal
20, der durch den Sitz 16 hindurchgeführt ist, mit einem an der Außenseite des Gehäuses
10 befestigten Nippel 21 verbunden, an den eine Leckage-Anzeigeeinrichtung angeschlossen
werden kann.
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Von der rückwärtigen Stirnwand der Klappe 18 steht ein Bolzen 22 ab,
der koaxial zu der Klappe 18 bzw. dem Sitz 16 und zum Strömungskanal 11 verläuft
und fest an der Klappe 18 angebracht ist. Dieser Bolzen 22 weist im Anschluß an
die Rückwand der Klappe 18 einen ersten konischen Bereich 23 mit großem Konuswinkel,
daran angrenzend einen zweiten konischen Bereich 24 mit kleinerem Konuswinkel und
schließlich einen Gewindeteil 25 zum Aufschrauben einer Mutter 26 auf, die durch
einen Splint 27 gesichert werden kann. Die Mutter 26 dient der Befestigung der Klappe
18 an einem Hebel 28, der eine zylindrische Bohrung aufweist, durch den der konische
Bereich 24 des Bolzens 22 hindurchgeht. Der konische Bereich 23 stützt sich an der
Schrägschulter der Bohrung des Hebels 28 ab. Die Schraube 26 ist nicht ganz festgezogen,
so daß sie ein gewisses Spiel des Bolzens 22 im Innern der Bohrung des Hebels 28
ermöglicht. Auf diese Weise kann die Klappe 18 geringe Schwenkbewegungen in Bezug
auf den Hebel 28 ausführen und sich selbsttätig an die Sitzfläche des Sitzes 16
anpassen.
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Der Hebel 28 ist an einer Achse 29 befestigt, die quer zum Strömungskanal
11 verläuft und außerhalb des Bereichs des Strömungskanales an dem Gehäuse 10 drehbar
gelagert ist. In der Schließstellung befindet sich die Klappe 18 unter der Achse
29, d.h. es gibt eine parallel zur Klappe 18 verlaufende und durch diese Klappe
hindurchgehende Ebene, in der die Mittelachse der Achse 29 liegt.
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Der Hebel 28 weist einen von der Klappe 18 fortweisenden Ansatz 30
auf, an dem über ein Gelenk 31 ein Lenker 32 angreift. Das andere Ende des Lenkers
32 ist über ein Gelenk 33 mit dem freien Ende eines Schiebers 34 verbunden, der
senkrecht zum Strömungskanal 15 linear bewegbar ist. Der Schieber 34 erstreckt sich
außermittig durch den Anschlußstutzen 14 hindurch in einen Zylinder 35 hinein. Das
Ende des Schiebers 34, der als zylindrische Stange ausgebildet ist, ist mit einem
Kolben 36 verbunden, der in dem Zylinder 35 verschiebbar geführt ist. Die Bodenwand
37 des Zylinders 35 ist mit Schrauben 38 an einem zylindrischen Rohr 39 befestigt,
das am unteren Ende eine Anschlußplatte 40 aufweist, die abdichtend an den Flansch
15 des Anschlußstutzens 14 angeschraubt ist. In dem Rohr 39 befindet sich eine Hülse
41, die in ihrem Innenraum Dichtnuten mit Dichtungen 42 zum Abdichten des Durchgangs
des Schiebers 34 aufweist. Eine Leckage-Bohrung 43 führt radial durch das Rohr 39
und die Hülse 41 hindurch.
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Die Dichtungen 42 sind zu beiden Seiten der Leckage-Bohrung 43 symmetrisch
angeordnet. Durch Austreten von Druckmedium aus der Leckage-Bohrung 43 wird angezeigt,
daß der Durchgang des Schiebers 34 vom Zylinder 35 bis zum Strömungskanal 15 an
irgendeiner Stelle undicht geworden ist.
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An der Deckelwand 44 des Zylinders 35 sind zwei Federn 45 abgestützt,
die sich mit ihren anderen Enden am Kolben 36 abstützen und diesen in die Vorschubstellung
drücken, die der Schließstellung der Klappe 18 entspricht.
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Zum Öffnen der Klappe 18 wird an einen Druckluftanschluß 46 in der
Bodenwand 37 Druck gelegt. Dadurch wird der Kolben unter Zusammendrückung der Federn
45 nach oben bewegt und der Schieber 34 in die Rückzugsstellung gebracht. Die Zurückbewegung
des Kolbens 36 wird durch einen von dem Kolben 36 in Richtung auf die Deckelwand
44 frei abstehendes Rohr 47 begrenzt, das in der Rückzugsstellung gegen die Deckelwand
44 stößt.
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Im zurückgezogenen Zustand des Schiebers 34 nimmt die Klappe 18 die
Stellung 18' ein, in der sie wenigstens annähernd in einer Flucht mit der Wand des
Strömungskanals 11 liegt und den Durchgang durch den Strömungskanal freigibt.
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An dem Druckluftanschluß 46 ist im Innern des Zylinders 35 ein vorstehender
Nippel 48 mit seitlichen Austrittsöffnungen angeordnet. Gegen diesen Nippel 48 stößt
kurz vor Erreichen der unteren Endstellung des Kolbens 36, d.h. der Schließstellung
der Klappe 18, die Stange eines Dämpfungskolbens 49, der in einem Dämpfungszylinder
50 bewegbar ist. Der Dämpfungszylinder 50 ist ein nur zum unteren Druckraum hin
offener Topf, der in eine Gewindebohrung des Kolbens 36 eingeschraubt ist.
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Da die Stange 51 einen kleineren Durchmesser hat als der Dämpfungskolben
49, wird bei Druckbeaufschlagung des Druckluftanschlusses 46 die Stange 51 aus dem
Dämpfungszylinder 50 herausgedrückt. Der Dämpfungszylinder 50 bildet eine Gasdruckfeder.
Wenn der Kolben 36 bei Beendigung des Druckes am Druckluftanschluß 46 in die untere
Endstellung bewegt wird, stößt die
ausgefahrene Stange 51 gegen
den Nippel 48 und die Luft im Innern des Dämpfungszylinders 50 wird komprimiert.
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Hierdurch wird die Bewegung des Kolbens 36 kurz vor Erreichen der
Schließstellung der Klappe 18 abgebremst und ein sanftes Anlegen des Dichtringes
19 gegen den Sitz 16 erreicht.
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Die beschriebene Absperrvorrichtung ist infolge der Federn 45 selbstschließend,
d.h. bei einem Nachlassen des Betätigungsdruckes für den Kolben 36 steuert die Klappe
18 selbsttätig in die Schließstellung.
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