DE2457230A1 - Ventil - Google Patents

Description

S-581 88 Idnköping/Schweden Anwaltsaktes 3484/499

y-e η t i 1

Di© Erfindung betrifft ein Tentil mit itt einem !Darchflußkanal drehbar angeordnetem Ventilkörper, dessen Oberfläche einem vorzugsweise sphärischen. Rotationskörper entspricht irad mindestens einem an der einen Seite des Tentilkörpers angeordneten ringförmigen Ventilsitz, wobei die zusammenwirkenden Dichtflächen von Ventillcörper und Sitz aus Bartoetall bestehen und bei der Ventilkörperbewegung unter hoher spezifischer Andrückkraft eine relative schleifende Drehbewegung ausführen.

Somit gehört der Anaeldungsgegenstand zu einer Gruppe von Absperrventilen» die alle Arten von Hähnen und Klappenventilen umfaßt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Kugelhahn, der ein viohtlges Mitglied dieser Ventilgruppe 1st und bei dem die sphärisch gestaltete Außenfläche des Kükens normalerweise an zwei Sitzringen zur Anlage kommt, die beidseitig der Rotationsachse vorgesehen sind und schalenföreige Dichtflächen aufweisen, die der sphärischen Gestalt des Kükens entsprechen.

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Ein altes Problem solcher Kugelhähne ist dio Gefahr, dad Bioh die Sitzfläche η in die Oberfläche da» JCilkens einfressen« Dieses Problem tritt besonders bei hohem Betriebstemperaturen awf_f die beispielsweise,, wenn das abzusperrende Medium Überhitzter Dampf ist, Ms auf 400 ö nnd mehr anateigen können* Bisher ist kein tti Dichtungsmaterial bekannt, das die in diesem Zusammenhang auftretenden Spannungen und Kräfte aufnehmen kann. Konventioneller Kohlenstoffstahl oder Stahllegierimgmi sind ungeeignet, da die Kßrte solcher Stähle bei heute üblicherweise auftretender Dampftemperaturen sohneil abnimmt· Die eimsige bekannte Lösung des Problems lag bisher darin, die Dichtflächen von Sitz und Küken. aus Stelllt» einer Kobalt-Chrom-Metallegierung herzustellen, die den Dichtflächen in diesem Tempara imrbereich eine außergewöhnliche Härte von mehr als 350 Hg verleiht, aber noch die Möglichkeit gibt, die Dichtflächen bezüglich ihrer geometrischen Porra und Oberflächenstruktur durch unterschiedliche Schleifverfahren eitrea genau fein zu bearbeiten.

Se ist praktisch nicht möglich, genau festziustellen, warum in den Dichtungen von Bochtaape^jraturventilön aolohe Anfreseungen auftreten· Ώα *i&e größere Anzahl von schwierigkeitrerureaohenden Faktoren eueamBenwirken, kann man theoretieoh keine Gremsweiite festleget, bei denen bei einer vorgegebenen Yentilkonstduktion Anfreeeungen auftreten. Yielaehr aüssen dies« FaÜ^feoren eapiriech •rfaflt WtBÄen.

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Bei KugaXhähnen let dieses Problem noch besondere kompliziert, da zwiscliem dem Küken und den Siohtringen relativ hoher spesifisoher ?lächendruck erseugt g den der maximale Arbeitsdruck des Hahnes und auch daβ Erfordern!β bestimmt, das der Hahn in dem gesamten fraglichen JDruckbereieh vollständig abdichten miß. Ee ist noch su beachten, daß dieser ]?lächendruek_r ancters si«? bei anderen Tent Harten _s ständig zwischen den Dichtflächen, und swar selbst bein öffnen und Schließen des Hahnes, einwirkt, wenn die Dichtflächen eine relative drehende Gleit bewegung ausführen. Ira PaHe von zwei Sichtflächen, die bei Temperaturen von 400° bis 500° C arbeitsfähig sein sollen, bewirkt die besondere Konstruktion dieses Hahnes, daß das Risiko des Pressens gans besonders groß wird. Me Erfahrung zeigte, daß bei Herstellung beider Sicht* flächen aus der vorerwähnten Hartoetallegierung Stellit das Ventil bis fmr Unbrauohbarkeit beschädigt wird· Aus diesem Grunde hat brη bisher Kugelhäh&e nicht ftir Hochtemperaturanwendungen benutzt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ventile der einleitend genannten Art * bei dem das Risiko des Fressens Bindestens innerhalb normaler Anwendungebereiche ausgeschaltet wird» Insbesondere soll eine verbesserte Dichtungeanordnung für die heutigen Ventilarten geschaffen werden, alt der aan den Arbeite-

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bereich solcher Ventil« auf «inen eueren Temperaturbereich erweitern TsAtUL₉ den »an bisher wegeia dee vorerwähnten, iressens auslassen nusete. Be handelt sieh also for allem um die Verminderung der Yoi«?w8hnten Hreßtendensen und die Vergrößerung der kritischen Werte von Kugelhalmen und dergl. in Bezug auf ü&rnpttempera türen und hohe Drücke, weiche die Anwendung solcher Hähne in alt überhitzten Danpf arbeitenden Syetenen stark behindert oder unnöglleh genaeht hat. In diesen Zusannenhang ist am erwünscht, dad «an die $?findungsgeBä£e Bichtanordnung bei einen Kugelhahn, der innerhalb heutiger Arbeitebereiche ausgiebig getestet wurde, anbringen kanu, so daß sich KugelhShne in gleicher ffrundkonstruktion sowohl in neuen Arbeitsbereich als auch in den bisher üblichen Arbeitebereichen weiterverwenden lassen.

Diese Aufgabt wird bsi Ventilen der einleitend genannten Art dadurch gelöst» daß jeweils dl« eine τοη zwei suea«MHMir3c»tid*& Dichtflächen, dl« τοη der anderen !lache unter Druck gesetat wird, «it einer Yorsugsweise thermal aufgebrachten fest Terb»nd«nen aetallisoh reinen KoljbdännAvflageeohieht rersehen ist₉ die nach ihren Aufbringen abgearbeitet wurde und eine Dichtfläche bildet» deren Härte geringer 1st als die der Oegenflache.

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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsfora der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ißto

In den Zeichnungen aeigen:

!Fig.. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelhahn mit doppeltem Ventilsits und

Pig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Pig· 1.

Die nachfolgend zu beschreiben Ausführungsfoxm der Erfindung bezieht sich auf einen Kugelhahn mit einem Ventilgehäuse 1_t in das von beiden Seiten zwei Aoeeblußstüoke 2 hineinragen· In diesen AnsehluBstttoken sind Gewindeab· schnitte 3 vorgesehen, die dem Einbau des Kugelhahnes dienen. Zwischen den Gtewlndeabsohnitten 3 liegt ein Durohflußkanal, dessen Querschnitt von Ringflansohen 4 und Ventilsitzen bestimmt wird» die im Inneren der Anechlußatttoke 2 vorgesehen sind. Entsprechend der am häufigsten^ ▼erwendeten Konstruktion von tugelhähnen sind «wei Tentilsitae 5 und 5 vorgesehen, welch· in Iconsestrieoher

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Lage von Führungafläohen 6 gehalten werden. Die flächen 6 Bind an Ringen vorgesehen, die in einander parallelen Ebenen liegen _f die den Burohflußkanal rechtwinklig schneidenο

Der Mittelteil des Durehfluflkanals nimmt ein Küken 7 auf, in dem eich eine kreisförmige Bohrung 8 befindetο Dae Küken 7 ist über einen Vierkant oder eine ähnliche Drehmomente übertragende Kupplung 9 mit einem Betätigungssapfen 10 verbunden» Der Zapfen 10 ruht drehbar in einer am Ventil gehäuse 1 befestigten Kappe, welche eine Stopfbuchee oder eine ähnliche Abdichtung enthält· Die Kappe 11 ist mit einen Anschlag 12 versehen, der zusammen mit einem drehfest mit dem Zapfen 10 verbundenen Betätigungsgriff 13 die Einstellung des Zapfens und des Kükens festlegt« In Figo 1 ist der Kugel hahn t?3 öffnet dargestellt« Um den Kugelhahn BU schließen, verdreht man den Zapfen um 90°, so daß die Kükenbohrung β nicht mehr eine Verbindung zwischen den Anaohlußrtüoken 2 herstellt· Die geschlossene Stellung, des Kugelhahnea 1st in Jig. 2 mit gestrichelten Linien eingeselohnet.

Die Tentileits· 5t die im falle anderer zylindrischer oder konischer Hähne der Kükenwandform angepaßt sind, bestehen bei der dargestellten Aueführungeform aus einem metallischen

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Sitzring 14, einer Packung 15, die in einem konischen Hingraura zwischen dem Sitzring und der Sührungsfläehe 6 liegt und "bei für Dampf vorgesehenen Hähnen aweckmäßigerweise aus Asbest besteht, und einem Druckring 16, der axial versohieblieh in dem Raum hinter der Packung 15 liegt. Zwischen dem Druckring 16 und dem Hingflansch 4 des Gehäuses befindet sich neben jedem TentIlsits eine Ringfeder 17 oder ein sonstiges elastisches Bauteil, das über den Druckring /6 eine Kraft überträgt* die eich gleichförmig über den Umfang des Ventilsitzes verteilt und zum Seil dafür sorgt, daß die Packung 15 zusammengedrückt wird, um Sickerverluste ent*· lang der SOhrungsfläche β zn verhindern und den inneren Hohlraum 18 des Gehäuses zwischen den Dichtungen gegenüber den Anschlußstüeken 2 abzudichten. Zum andern sorgt die Ringfeder auch noch dafür, daß die susamaeswlrkenden Dichtflächen 5 , 7 und 5 der Ventlleitse gegenelnaadergedrüekt werdenο

Wie bei allen Hähnen ergibt sieh auch hier »wischen allen Hauptbauteilen, von denen hier angenommen ist, daß sie aus Hartsetall bestehen, eine ständige flächige Anlage, die erfordert, daß die Außenfläche des Kükens 19 durch einen symmetrischen Rotationskörper, beispielsweise eine Kugel, definiert 1st, wobei die Rotationoachse sich in Richtung des Betätlgungseapfexis 10 erstrecken muß« Um ein korrektes

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flächiges Anliegen zu erhalten ist ©s erforderlich» (IaB die Dichtfläche 20¹ und 20¹¹ ©ines jeden Sitaringes 14 eine form bat» die exakt mit der Form der Außenfläche 19 des Kükens überelnatlnatit oder mit anderen Worten, daß öle swei Seile eines jeden 3)lchtung8peare@ entlaß eins;·? tlnuierlicben Linie oder fläche aneinander zur Anlage Im falle eines Kugelbabnes ergibt slob diese flächigο auf echlagung dadurch ι daß die Oberfläche 20 der "beiden Dichtflächen schalenförmig verläuft und einem Kugelradlim entspricht, der gleich dem Kügelra&iue der Außenfläche 19 ist« ferner muB (slcbergestellt eein₉ daß die Mittelpunkte der Kugelfläche!* mindestens angenäbert

Sin willklirlioh gewähltes SliGoenelement M der Außenfläch 19 (Figc Z) ψ das t>el Drehung des Kükens die Sitzfläche 20 beaufschlagen kann, bewegt «leb auf einem kreisförmigen W der in einer »«akrecht zur Drehachse stebenden Sbene X-H liegt und quer Über die Dichtfläche verläuft ο Bei jedem Schließen und öffnen tiberetreiebt das flächenelement M in wechselnden Richtungen alt einem bestimmten Druck stets gleieben Streifen K der Sitzfläche 20, während bei Beginn und/oder den Bnde d·· gleichet! Bafegusgszyiausses das gleiebe Flächenelement und der gleiche Streifen einander nicht »ehr berühren.

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Bel dieser Beaufschlagung werden die sieb gleitend gegeneinander bewegräiäexi Oberflächen gegeuBittätiä&? gedrückt und zwar aum Sell durch die Kraft der vorerwähnten Ringfeder 17f welche die Dichtkraft bei den geringsten auftretenden Arbeitsdrücken vergrößert v&A zum Seil durch eine Kraft* welche eine Funktion des momentan am Tent 11 auftretenden äruckabfalles 1st. Zusammengenommen liefern diese zwei äußeren Kräfte eine Oberfl&ehenbelastung, die ihren Maximalwert bat, wenn sich die Dichtflächen bei ihrer Bewegung in der Habe der Schließstellung befinden* Diese maximale Belastung führt zu einem spezifischen Dichtfläohendruck, der wesentlich höber 1st als der Druck des durchströmenden Mediums·

Ee sei angenommen» daß dieser Biehtfl&chendruck gleichmäßig über die gesamte Dichtfläche 20 verteilt let, vorausgesetzt, daß die zueaauienwirWenden Flächen eines jeden Dichtflächen» paaree bei der Herstellung ein· Ton erhielten, die ideal mit der auvor festgelegten geometrischen Gestalt übereinstiasit und ferner, daß diese Ideale Ttom auch bei der Betätigung des Ventile» aufrechterhalten «erden kann»

versteht eiob, daß die auvor beschriebene Bewtgungigeoaetrle einer Kugelhabndichtung, deren Hauptbestandteil» als starr angesehen werden können, besügllob der mechanischen

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!festigkeit gane wesentlich ungünstiger let als bei anderen Tent Harten, bei denen der Ventilkörper eich winklig zum Ventilsit» bin und von ihm fortbewegt und bei denen unter hoher Oberflächenbelastang keine relative Gleitbewegung auftrittο Wenn man jetzt davon ausgebt, daß daa Oberflä-» ohenelement M in Fig_s 2 ein Vorsprung 1st, der von der idealen Sugelfoxm abweicht_¥ entsprechend einer in der Praxis möglichen geringfügigen Ovalverfornung oder eines eonobi^ gen leichten geometrischen Fehlere in der Außenfläche, ergibt sich ein Oberiläehandiiiek,, der verglichen mit dem Druck unter Idealen Verhältnissen, erheblich erhöht x£ti;_:; wenn das Oberflächenaleaent M sich relativ sum Streifen H der anderen Dichtfläche bewegt* Ein solcher Fehler in dsr Fläche kann in der Praxis den Sitzring H vom einen Band zum anderen ankratzen·« da die Fehlerstelle stets isa gleicher Weise bewegt wird, wenn nan das Ventil betätigt» Im sohltnasten Falle kann ein solcher örtlicher Vorsprung und •In· Erhöhung des Fläohendruokes dazu führen, daß die Dichtflächen aneinanderfressen·

Unter normalen .Arbeitsbedingungea ist das Risiko, das die Dichtungen eines Kugelbahaes in dieser Weise beschädigt werden, vermindert duroh die Elastizität der Ringfedern 17» d.ho die Lage der Ventilsitze kann sich den Küken anpassen, so daß geringere Fehler in der Fora des Ventil«

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•ro:-?per?3 ausgeschaltet werden? obwohl tier normale Dielitdsuolt ν.; Mf..fjcat.lichen aufrechterhalten "bleibte

¹Mm* m--m aimra ßpriftalan KaIm für überhitzten Saiapf ©der ii.iaäöre mit entsprechend höbe 5eaaperaturen aufgehels1;e Ms Tö3?wea3ofc_f ergibt ßlch lusbesoBdere wen» Temperaturen 400'³ 0 miü mehr erreicht weröeu* äaß die Beaospruc'ö'.ingen unti

mxä Spaammgen an deft !Dichtungen Utargroß werde» _f und cleß •^otB der Herstelluiag des Iiichtungsiuateriale aus feoehweri.tgc^n Yentiliaaterlal, vie "beispielsweise Stellt^.imä liei höehster Gtenauiglmi.i; bei der Verfosaaung und übt TSbeörbeitung_f δί© aufeinanäer gleitendes Ofoeren cs.ft durch AafJiessea "beschädigt werdeßd Dies mag öafeer iroiassea« daß ia einer solche» VfmgeiMQg zwischen den 3)ielit~ .fläebew. kein schmierender film entstehen kann, und daß örtliche £emperetu.rerhö&unge&. auf treten „ wenn die Bichtuagea punktweise beaufaehlegt werden_; eo daß eieh die durch das Strömungsmittel festgelegte Oherflächentemperatur bis auf Werte erhöht, bei denen äae MeteQLX erweicht und pleetisch ^ird_e Dabei kann öaan auch das Material an den puulctfönaigen ialages^ellea aufgrund eier OberfUlchenbelaatung und äer SslatiVbewegung verscliweißt werden ₀

Vm soloho Schädägv.ngen der Dichtungen zu Terrasiden_f wird einer a«? m-mi. Batiteile 7 u«d H ^ür die Dichtflächenpaare

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19s2CT und 19*20^ΙΣ dee Ventila mit einer Auflage 21 sehen_? welche aus metallischem Molybdän von aefer großer Reinheit besteht« Bas McIyMMa wird vorsugaweise im Plasma Sprübverfahren thermisch aufgebracht, iaäem a&n des M@tall in geschmolzener und foia T®r teilt er !Form gegen das material schleudert^ se? daß es dort anhaftete Bei dem Ba0i8Baterlal kann es eifjfc ixb eine Stahllegierung !üan kann das Molybdän &nGh durch Gat3- oder BlektroschweiBu^g aufbringen ₉ vorauüigesetst^ daß die Schicht homogen und dicht ist und gut am Gr&iaäsaatdri&l anhaftet« Hin solcher Belag erhält eine Härte ψοώ. etwa 250

Nach dem Aufbriogau dee Belages 21 auf de» !Dichtungsring oder die Dichtungsringe des Kugelhahnee, wird die Molylocan oberjTlttche fein abgearbeitet zu einer Oberflächengestalt:

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die den Erfordernissen für die Dichtflächen 20^x und 20^XJ· entsprichw. Die andere Dichtfläche, die mit der Molybdän« auflage» cUh₀ der Außenfläche 19 des Kükens 7 susasmenar·» beitet, wurde bei de» dargestellten Ausführungsbeiepiel in konventioneller Weise aus Steint oder einem ähnlichen Material mit einer Härte von etwa 400 Hy hergestellt.,

Bei gleicher Grundausbildung wie bei einer üblichen Kugelhahndiohtung erhält dae erfindungßgoraäße Tentil ein Dickt«- flächenpaar» das aeine Dichtfähigkeit und seinen Verschleiß

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und Preß-Wideratöad aucb bei den vorerwähnten erhöhten i'eiaperatureia beibehalte Dieses Ergebnis beruht auf dsm erheblichst* Härteunteraehied zwischen dem Stellitmatarial und der weicheren Molybdänauflage in Verbindung mit dem Sehmiereffelct« -dea das Molybdän am Dichtflächen paar hat₀ Durch diesen Söhapiereffelct >?ird auoh die Reibung venain-

Obwohl im Hiablicic auf die fertigung und auf die Wirtschaftlichkeit Torsjuaiehen let₉ die Auflage des weichen Materials aκ den Teatilsitsen de@ Tontilgohäuaea anzubringen und den Ysutilkörper aus härterem Material herausteilen, kann im liahmen der Erfindung auch ein uagekehrtea Verfahren aur An-

kommen, vor allem, wenn es sich um etopfenartige mit einer küuiBGh&u Kükenbohrung handelt, in der keine besonderen Dlobtuagsffiittel vorgeaehen werden» Dqb gleiche umgekehrte Verfahren läßt sich aueb bei Drosaelklappenventilen Kur Anwendung bringen, bei denen man aucb in Abhängigkeit von der baulichen Ausbildung und dem Herstellungever~ fahren die Molybdänauflage am Ventilkörper oder auch an den Ventilsitzen des Ventilgebäuees anbringen kann»

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Claims (1)

1. ffatentaaspruoh

   Ventil tLit in einem Durchflußfeanal drehbar angeordnetem Ventilkörper.^ dessen Oberfläche einem jorsttgsweiSQ sphärischen Rötetionekörper entspricht land mindeßt©&s ©int3ffi an der ©inen Seite des Yeangeordnetea ri'ögfärinigen Yentileitss» wobei stösamraönwirkendeii !Dichtflächen vorr Ventilkörper miä Bits ans Hartmetall bestehen und bsi der Ventilkörpisrbswegung unter hoher spesjifischer Andrücktest, eine relativ schleifend© ."Drehbewegung ausfuhren daöisreh ßekonnaeichnat, daß jeweils dia eine τοη aisJöi "iiisanaaenviiricenden Bichtflächen, dia von d©s? andere«. S'3ilt :ant©jtr Druck gesetzt wird., rait einer Torztigeweis© therisal aiifgebrachtön feet verbundenen metallisch reinen Holybdfin-Auflageschicht r>rs©h©n ist, di© nach ihrem Aufbringen abgearbeitet ^nirde und eine Dichtfläche bildet» deren HSrte geringer lot &1& die dar Qegenflache»

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