DE69100709T2 - Dickstoffpumpenventil. - Google Patents

Description

• Ventil zur Anwendung in einem Schlammpumpensystem, wie es in dein Eingang des Patentanspruchs 1 definiert ist.
• Solche Ventile werden in Pumpensystemen verwendet, unter anderem in der Kombination mit einer Verdrängerpumpe. Dabei werden unter hohen bis sehr hohen Drücken aggressive, abrasive und korrosive Flüssigkeiten, die Kornmaterial enthalten, wie Sand, Steinkohle, Erz oder beispielsweise Bergbauabfall, oft bei hohen Temperaturen, über häufig große Entfernungen verpumpt. Es ist deutlich, daß durch diese Umstände extrem hohe Anforderungen an die Abnutzungsbeständigkeit der in einem solchen System eingesetzten Komponenten, worunter auch das Ventil, gestellt werden.
• Ein Ventil im Sinne des Eingangs ist aus der niederländischen Patentanmeldung 8600545 bekannt. Darin ist ein Ventil beschrieben, das teilweise eine Metall-auf-Metall- Kontaktfläche und teilweise eine Kontaktfläche von Metall auf elastischem Material aufweist.
• In dem bekannten Ventil wird die Kontaktfläche von Metall auf elastischein Material dazu benutzt, ohne das Ventil zu beschädigen, den Schlamm, der sich beim Schließen des Ventils zwischen den Kontaktflächen befindet und dadurch unter hohem Druck steht, über in der Metallkontaktfläche vorgesehene Nuten entweichen zu lassen. Die Anwendung elastischer Dichtungen, insbesondere unter den dargelegten extremen Umständen, schafft neue Probleme, was auch in de vorgenannten niederländischen Patantanmeldung angegeben worden ist.
• In der Praxis stellt sich heraus, daß sich das elastische Material sehr schnell abnutzt und damit seine beabsichtigte Wirkung sehr schnell verliert. Die Folge ist, daß die elastischen Dichtungsringe mit relativ kurzen Intervallen durch neue Exemplare ausgewechselt werden müssen, wofür das System stillgelegt werden muß, mit allen damit verbundenen Folgen. Das Ersetzen der Dichtungsringe durch neue hat man zu vermeiden versucht, indem man diese derart symmetrisch ausgeführt hat, daß die namentlich an einer Seite abgenutzten Ringe nochmals verwendet werden können, nachdem man sie gewendet hat. Daran macht sich jedoch ein deutlicher Trend bemerkbar, daß die Bereitschaft, in solchen extremen Umständen elastishce Materialien anzuwenden, stark abnimmt.
• Der Zweck der in Rede stehenden Erfindung ist es, ein Ventil zu verschaffen, dessen wartungsfreie Perioden und dessen Standzeit unter weiter gleichen Bedingungen die des bekannten Ventils übersteigen.
• Dazu weist das erfindungsgemäße Ventil die Besonderheiten auf, die in Anspruch 1 beschrieben sind.
• Die Erfindung nutzt die Einsicht, daß die hohe Abnutzung des elastischen Materials in dem bekannten Ventil zu einem bedeutenden Teil den Teilchen im Schlamm zuzuschreiben sind, die durch ihre Anwesenheit auf der Kontaktfläche zwischen dem Metall und dem elastischen Material während des Schließens des Ventils auf dem Metallteil dieser Kontaktfläche zurückbleiben und dadurch in das elastische Material eingepreßt werden, das dadurch in kurzer Zeit stark beschädigt wird. Entgegen dem dargelegten Trend bietet die Erfindung eine Lösung, beider die vorgenannten Teilchen zweiseitig elastisch in die elastische Kontaktfläche zwischen den elastischen Dichtungsringen des Ventils während des Schließens des Ventils eingebettet werden, und das Ventil läuft dadurch unter denselben Bedingungen viel weniger als vorher die Gefahr, beschädigt zu werden.
• Bei Anwendung der gängigen elastischen Materialien hat dies bereits eine Verlängerung der Standzeit des elastischen Materials zur Folge, so daß die wartungsfreien Perioden ohne jegliche Bedenken länger sein können, was sich kostensparend auswirkt. In den bekannten Schlammpumpensystemen ist es üblich, die Feststoffteilchen in dem zu befördernden Medium zunächst einer Verkleinerungsbearbeitung zu unterziehen, um die durchschnittlichen Abmessungen der Teilchen in ausreichendem Umfange zu beschränken. Diese Verkleinerungsbearbeitung kann bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Ventils beschränkt werden, ohne daß die Schlammteilchen mit großer durchschnittlicher Abmessung dem Ventil größeren Schaden zufügen, was auf die zweiseitige elastische Einbettung der Schlammteilchen zurückzuführen ist, die während des Schließens des Ventils zwischen die elastischen Dichtungsringe geraten sind.
• Das Vorhandensein der metallen unterstützenden Elemente in dem erfindungsgemäßen Ventil hat sich in der Praxis als erforderlich erwiesen, weil die Elemente das elastische Material der Dichtungsringe auf dem Ventilkörper und auf dem Ventilssitz unterstützen. Das erfindungsgemäße Ventil ist damit auch für Betriebsdrücke in der Größenordnungen von 30 - 300 bar geeignet gemacht worden.
• Eine Ausführungsform weist entsprechend der Erfindung das Kennzeichen auf, daß das Profil des Querschnitts der Dichtungsringe und der unterstützenden Elemente derart gewählt ist, daß wenn der Ventilkörper in Richtung des Ventilsitzes bewegt, zunächst die Dichtungsringe miteinander in Kontakt kommen.
• Der Vorteil der Ausführungsform ist, daß neben der; zweiseitigen Einbettung der Schlammteilchen auf der elastschen Kontaktfläche beim Schließen des Ventils und beim Aufeinanderkommen der Dichtungsringe, gerade vor dem Schließen der metallenen unterstützenden Elemente die betreffenden metallene Kontaktfläche von dem zwischen den Flächen hindurch entweichenden Schlamm saubergespült wird.
• In einer Weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt die Stelle auf der Kontaktfläche der Dichtungsringe, die der Stelle gegenüber gelegen ist, an der sich die Kontaktflächen der Dichtungsringe und der unterstützenden Elemente berühren, in der Weise frei, daß sie in der Lage ist, eine radial gerichtete Bewegung gegenüber der Längsachse des Ventilkörpers zu vollziehen. Die Möglichkeit der Vollziehung der besagten Bewegung bietet eine Grundlage für den weiteren Gedanken, die elastische Kontaktfläche gekrümmt auszugestalten und damit die nachfolgenden technischen Effekte zu realisieren.
• Vorzugsweise ist die Kontaktfläche zwischen den elastischen Dichtugnsringen gekrümmt und weist es eine konvexe form auf, wodurch ein beispielsweise einigermaßen gekipptes auftreffen als Folge des Spiels in den Führungsmitteln des Ventilkörpers in viel gringerem Maße ein nicht korrektes Anliegen verursacht und dadurch die Abnutzund nicht wesentlich zunummt.
• In bezug auf den während des Betriebs auftretenden Abnutzungsprozeß der jeweiligen Kontaktflächen spielt deren Geometrie eine wichtige Rolle, wobei die Ergreifung einer oder mehrerer Maßnahmen für mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ventils kennzeichnend ist. Diese sind:
• - daß der maximale Außendurchmesse des ersten elastischen Dichtungsrings maximal 1,05 mal die Größe des maximalen Außendurchmessers der Kontaktfläche der Dichtungsringe hat.
• - daß der maximale Außendurchmesser des ersten elastischen Dichtungsrings maximal 1,05 mal die Größe des maximalen Durchmessers des mit dem ersten Dichtungsring in Verbindung stehenden einschließenden Elements hat, das an der Hochdruckseite an de Ventilstange befestigt ist;
• - daß in dem metallenen unterstützenden Element im Bereich der Niederdruckseite ein Einschnitt nahe der Kontaktfläche der unterstützenden Elemente vorgesehene ist.
• Diese Maßnahmen führen dazu, daß bei Fortschreiten des Abnutzungsprozesses an den betreffenden Kontaktflächen die Geometrie des erfindungsgemäßen Ventils so lange wie möglich beibehalten bleibt, di4s trotz des Umstands, daß der ventilkörper allmählich in einer immer niedrigeren Postition auf dem Ventilsitz ruht.
• Außer den im vorstehenden aufgezählten Effekten ist es ebenfalls von Bedeutung, anzumerken, daß unter den bereits genannten extremen Umständen die Standzeit der bekannten Ventile in der Regel einen Monat nicht übersteigt. Die voliegende Erfindung schafft jedoch die Grundlage für Ausführungen von Ventilen, die im Durchschnitt eine längere Standzeit aufweisen.
• Ein weiterer Vorteil des Einschnitts ist, daß beim einigermaßen erfolgenden Abnutzen des unterstützenden Elements auf dem Ventilkörper dieses nicht gleichsam allmählich zwischen dem unterstützenden Element auf dem Ventilsitz sinkt, dadurch werden stufenförmige Abnutzungserscheinungen auf der matallenen Kontaktfläche vermieden.
• Die Erfindung und ihre weitere Vorteile werden im einzelnen anhand der beigefügten Figur erläutert, in der ein Querschnitts des Ventils 1, das beispeilsweise als Saug oder in beispielsweise Verdrängerpumpen zum Verpumpen von gemischen aus Flüssigkeit und Feststoff verwendet wird. Dieses Verpumpen erflgt im allgemeinen unter hohem Druck. Das Ventil 1 hat eine Hochdruckseite 2 und eine niederdruckseite 3- Die Niederdruckseite 3 ist die Seite des Ventils, wo, jedenfalls wenn das Ventil 1 geschlossen ist, ein diedrigerer Druck als auf der Hochdruckseite 2 herrscht. Das Ventil 1 ist mit einem nicht dargestellten Ventilgehäuse und mit einem in dem Ventilgehäuse beweglichen ventilkörper 5 versehen. A ventilgehäuse 5 ist eine Ventialstange 6 befestigt, die verschiebbarin einer Buchse 7 in dem Ventilgehäuse angebracht ist.
• Die Buchse 7 ist mittels Befestigungsmitteln 4 an dem nicht dargestellten Ventilgehäuse im allgemeinen eine zwischen dem Ventilkörper 5 und der Buchse 7 angebrachte Feder 8 vorgesehen sein. Ist das Ventil 1 jedoch ein Ventil des nichtselbsttätigen Typs, so wird die Bewegung des Ventilkörpers 5 durch nicht näher dargestellte von außen zu betätigen Mittel besorgt werden.
• In dem Ventil befindet sich ein Ventilsitz 9, der eine im wesentlichen konische Kontaktfläche aufweist. Auch der Ventilkörper 5 weist eine entsprechende kinische Kontaktfläche auf. Der Ventilkörper 5 weist eine matallenes unterstützendes Element 10 auf und der Ventilsitz 9 hat ein metallenes unterstützendes Element 17, um eine konisch verlaufende metall- auf-Metall-Kontaktfläche 11 zu bilden.
• Auf dem Ventilkörper 5 ist ein elastischer Ring 12 angebracht und auf dem Ventilsitz 9 ist ein elastischer Ring 13 angebracht. Die beiden Ringe 12 und 13 weisen entsprechende Kontaktflächen auf, um die elastische Kontaktfläche 14 zu bilden. Der innere beziehungsweise der äußere Durchmesser der Ringe 12 und 13 ist derart, daß biem Schießen de Ventils 1 die Ringe 12 und 13 im Bereich einer Stelle 19 zeischen den Kontaktflächen 11 und 14 zunächst Kontakt machen und erst später, wenn der Ventilkörper 5 weiter nach unten geht, auch der Metall-auf- Metall-Kontakt zwischen dem metallenen Ventilsitz 9 und dem metallenen Element 10 zustande kommen kann. Der elastische Ring 13 im Ventilsitz weicht dabei elastisch nach außen und nach oben hin aus.
• Die Form der einzelnen vorzugsweise aneinander angrenzenden Kontaktflächen 11 und 14 ist vorzugsweise gekrümmt, wobei beispilsweise die eine Kontaktfläche konkav und die andere dementsprechendkonvex is, wie ies auch aus der Figur hervorgeht.
• Der Dichtungsring 12 ist derart ausgeführt, daß sein größter Durchmesser größer als der Durchmesser größer als der Durchmesser der elastischen Kontaktfläche 14 ist, wodurch sowohl bei Abnutzung an der Oberfläche als auch bei Abnahme der elastischen Eigenschaften von insbesondere einem oberen Lippenbereich 15 des Dichtungsrings 13 auch auf Dauer eine gute Dichtung an der Oberfläche 14 gewährleistet bleibt.
• Der größte Durchmesser der Oberfläche 14 ist auch größer als der größte Durchmesser eines den Ring 12 einschließenden Elements 16, das auf dem Ventilkörper 5 befestigt ist. Dadurch kommt bei Abnutzung eines herausragenden Teils 18 des Rings 12 dieser gerade in Linie mit dem Durchmesser des einschließenden Elements 16 zu liegen und tritt keine stufenförmige Abnutzung auf.
• An der Unterseite des Elements 10 ist entlang dem Umfang ein derartiger Einschnitt vorgesehen, daß beim einigermaßen Einschleißen der Auflagefläche des Elements 10 die Kontakfläche 11 nicht ein stufenweise verlaufendes Abnutzungsmuster zeigt, wobei das Element 10 teilweise zwischen den Wänden 21 des Elements 17 einsinken würde.

Claims (11)

1. Ventil für Anwendung in einem Schlammpumpensystem, wobei das genannte Ventil (1) mit einem axial beweglichen Ventilkörper (5) in einer Führung (7) versehen ist, auf dem besagten Ventilkörper (5) sind ein erster elastischer Dichtungsring (12) und ein erstes metallenes unterstützendes Element (10) angebracht, und der besagte Ventilkörper ist mit einem Ventilsitz (9) versehen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ventilsitz (9) ein zweiter elastischer Dichtungsring (13) und ein zweites metallenes unterstützendes Element (17) angebracht sind, so angeordnet, daß wenn das Ventil geschlossen ist, der erste Dichtungsring (12) und das erste unterstützende Element des Ventilkörpers (10) nur mit dem Ventilsitz (9) über den zweiten Dichtungsring (13) beziehungsweise das zweite unterstützende Element (7) Kontakt machen.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die korrespondierenden Dichtungsringe (12, 13) und unterstützende Elemente (10, 17) miteinander über im wesentlichen konische Kontaktflächen (11, 14) miteinander in Kontakt kommen.

3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Querschnitts der Dichtungsringe (12, 13) und der unterstützenden Elemente (10, 17) derart gewählt ist daß wenn der Ventilkörper (5) in Richtung des Ventilsitzes (9) bewegt, zunächst die Dichtungsringe miteinander in Kontakt kommen.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle auf der Kontaktfläche (14) der Dichtungsringe, die der Stelle gegenüber gelegen ist, an der sich die Kontaktflächen der Dichtungsringe (14) und der unterstützenden Elemente (11) berühren, in der Weise frei liegt, daß sie in der Lage ist, eine radial gerichtete Bewegung gegenüber der Längsachse des ventilkörpers zu vollziehen.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Dichtungsringen (12, 13) gebildete Kontaktfläche (14) gekrümmt ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (14) der Dichtungsringe in einer derartigen Richtung gekrümmt ist, daß der erste Dichtungsring (12) eine konvexe Fläche hat und der zweite Dichtungsring (13) eine konkave Form hat.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius des ersten Dichtungsrings (12) anders als der Krümmungsradius des zweiten Dichtungsrings (13) ist.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 7, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Außendurchmesser des ersten elastischen Dichtungsrings (12) maximal 1,05 mal die Größe des maximalen Außendurchmessers der Kontaktfläche (14) der Dichtungsringe hat.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 8, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Außendurchmesser des ersten elastischen Dichtungsrings (12) maximal 1,05 mal die Größe des maximalen Durchmessers des mit dem ersten Dichtungsring (12) in Verbindung stehenden einschließenden Elements (16) hat, das an der Hochdruckseite (2) an der Ventilstange (6) befestigt ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 9, dadurch gekennzeichnet,daß in dem metallenen unterstützenden Element (10) im Bereich der Niederdruckseite (3) ein Einschnitt (20) nahe der Kontaktfläche (11) der unterstützenden Elemente vorgesehen ist.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannten Dichtungsringe (12, 13) als lose festgeklemmte Ringe oder als anvulkanisierte Ringe ausgeführt sind.