DE69313008T2 - Kugelhahn mit seitlich versetztem Durchgang - Google Patents

Description

• Ziel der Erfindung ist ein Ventil mit einer Kugel zum Sperren und/oder Teilen, Ausleiten und Regulieren von Fluiden, bei dem die Kugel mit einer Fluid-Durchflußöffnung ausgestattet ist, deren Längsachse in stromabwärtiger Richtung verlagert wird, wenn die Kugel in eine Sperrstellung für das Fluid gedreht wird.
• Bekanntlich bestehen sogenannte "Kugel"-Ventile im wesentlichen aus einem Ventilkörper mit einem zylindrischen Hohlraum, in den zwei oder mehr Kanäle münden, die mit einem Zuflußende für das zu verteilende oder zu sperrende Fluid gekoppelt sind, wobei sich in der zylindrischen Ausnehmung eine Kugel mit einem Längs- oder Querkanal befindet, die von außen her betätigbar ist und so gedreht werden kann, daß der axiale Durchgang mit der Richtung des Fluids zwecks Durchstrom ausgerichtet ist, oder quer zu dem Durchgang in Bezug auf die Fluidrichtung eingestellt ist, um das Fluid zu sperren.
• Die mit der Verwendung derartiger Ventile verbundenen Hauptprobleme betreffen vor allem die Dichtungsringe, welche die Kugel umgeben und die eine Dichtung sowohl zwischen Zufluß und Abfluß in beiden Richtungen als auch zwischen beiden Auslässen und der Steuerachse nach außen hin gewährleisten müssen.
• Solche Dichtungsringe unterliegen dem Einfluß des Drucks zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Teil, weshalb sie möglichst vor jedem Verschleiß bewahrt werden sollten, welcher möglicherweise zu Spielräumen führt, die sich nicht beheben lassen.
• Insbesondere sind die Dichtungsringe, die sich stromaufwärts und stromabwärts bezüglich der Kugel und in Strömungsrichtung des Fluids befinden, der erosiven Wirkung des jeweiligen Fluids ausgesetzt, insbesondere bei den Schließ- und Öffnungsvorgängen der Kugel. Während derartiger Betätigungen begrenzt der axiale Durchgang der gedrehten Kugel das Einströmen von Fluid durch die Kugel, hält das Fluid jedoch nicht vollständig ab. Weil folglich der Ablaufkanal immer noch offen ist, kommt es zu einer spürbaren Erhöhung der Fluidgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Erzeugung von Turbulenzen, die auf die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Dichtungsringe einwirken und schließlich zu deren Erosion mit dem damit verbundenen Verlust der Dichtigkeit führen.
• Ein solcher Zustand wird noch durch den Umstand verschlimmert, daß die zu sperrenden Fluide normalerweise mit hohem Druck anstehen und eine hohe Temperatur aufweisen, wie es der Fall bei gesättigtem Dampf ist. Dies tritt ausgeprägt in Erscheinung bei der stromabwärts gelegenen Dichtung, die mit höherer Wahrscheinlichkeit Erosionen ausgesetzt ist und für die Aufrechterhaltung der Abdichtung bei geöffnetem Ventil verantwortlich ist.
• Ein Beispiel für den Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs list in der US-A-3 542 337 offenbart. Die EP-A-325 846 zeigt ein Kugelventil mit mehreren Anschlußleitungen zur Verringerung der Fluidgeschwindigkeit.
• Es stellt sich folglich die technische Aufgabe, ein Kugelventil zu schaffen, in welchem die Dichtungsringe, insbesondere die Ringe auf der stromabwärtigen Seite der Kugel und in Strömungsrichtung des Fluids, nicht der Wirkung des Fluids ausgesetzt sind, wenn die Kugel gedreht wird, um das Ventil zu öffnen und/oder zu schließen, um auf diese Weise ihren Verschleiß und den damit einhergehenden Verlust an Dichtigkeit zu vermeiden.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Ventil zum Durchleiten von Ventilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventils unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ventils;
• Fig. 2a, 2b, 2c Schnittansichten entlang der Schnittebene II-II in Figur 1 für verschiedene Drehzustände der Kugel zum Absperren des Fluids, und
• Fig. 3 ein Beispiel für die Fluidablenkung mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Ventils.
• Wie in Figur 1 gezeigt ist, beinhaltet das erfindungsgemäße Ventil ein Mittelgehäuse 1 und zwei mit Flanschen versehene Ansätze 2 und 3, die koaxial bezüglich des Körpers 1 gelegen sind und mit diesem durch Schrauben oder Bolzen 4 und 5 gekoppelt sind.
• Das Mittelgehäuse 1 besitzt einen internen zylindrischen Hohlraum 6 mit axialer Orientierung und eine zylindrische Bohrung 7 senkrecht zu dieser Achse. Jeder mit Flansch ausgestattete Ansatz 2 und 3 beinhaltet einen axialen Kanal 2' und 3', so daß bei an dem Mittelgehäuse angebrachten Ansätzen die internen Kanäle 2' und 3' koaxial bezüglich der Zylinderfläche 6 des Mittelgehäuses 1 verlaufen.
• Im Inneren der Zylinderfläche 6 und in der Achse der Kanäle 2' und 3' befindet sich eine Kugel 8, in der eine Durchflußöffnung 9 ausgebildet ist. Eine solche Kugel 8 kann mit Hilfe einer Welle 10 gedreht werden, die von außen mit Hilfe eines Handhebels 11 oder einer automatischen, allgemein mit 12 bezeichneten Einrichtung betätigt werden kann.
• Eine die Kugel 8 betätigende Welle 10, die in der Bohrung 7 enthalten ist, ist mit Sitzen 13 bekannter Bauart mit Ringen oder dergleichen ausgestattet, die sich entlang der Achse befinden. Außerdem befinden sich Dichtungsringe 14 und 15 ringförmiger Ausgestaltung zwischen den Kanälen 2' und 3' sowie der durchgehenden Kugeloberfläche der Kugel 8, um eine Abdichtung gegenüber dem Fluid zu erzielen.
• Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist die die Kugel 8 durchsetzende Durchflußöffnung 9 mit ihrer Längsachse in Richtung der unteren Halbkugel versetzt (Fig. 2a) in Bezug auf die Längsachse der Kanäle 2' und 3', die das Zentrum dieser Kugel durchsetzt. Wie aus der Abfolge der Figuren 2a, 2b und 2c ersichtlich ist, wird der gewünschte Effekt erzielt. Wenn also die Kugel 8 (Fig. 2a) in die Stellung des freien Durchgangs des Fluids gedreht wird, befindet sich die Durchflußöffnung 3 unterhalb und parallel zu der Achse der Kanäle 2', 3' und ermöglicht den Durchstrom der gewünschten Menge. Wenn allerdings erwünscht ist, den Fluidstrom zu sperren und mit der Drehung der Kugel 8 um deren eigene Achse senkrecht zur Längsachse der Kanäle 2' und 3' begonnen wird (Fig. 2b) nimmt die Durchflußöffnung 9 eine Schrägstellung ein, bei der ihr Einlaßende 9a bereits die stromaufwärts gelegenen Dichtungsringe 14 passiert hat, während das Auslaßende 9b noch nicht an den stromabwärts befindlichen Dichtungsringen 15 angekommen ist.
• Wenn die Zufuhr bereits angehalten ist, hat der Ablauf für in der Durchflußöffnung 9 enthaltenes restliches Fluid noch Zeit, um über den noch immer offenen Auslaß 9b abzufließen, so daß die Zunahme der spezifischen Geschwindigkeit sowie jegliche erzeugte Turbulenz berücksichtigt wird, bevor eine weitere Drehung der Kugel 8 (Fig. 2c) die Auslaßöffnung 9b der Durchflußöffnung 9 in Relation zu den stromabwärtigen Ringen 15 bringt, indem die Auslaßöffnung an letzteren vorbeiläuft und ein vollständiges Schließen des Ventils bewirkt, außerdem die Durch flußöffnung 9 in eine Querposition relativ zur Strömungsrichtung und in den stromabwärts gelegenen Teil der in die Schließstellung gedrehten Kugel gebracht wird.
• Jegliches Restfluid, welches möglicherweise während dieses letzten Stadiums der Drehung mit den Ringen 15 in Berührung gelangt, ist nun im wesentlichen beseitigt und nicht mehr Ursache für Erosion oder dergleichen.
• Es ist aus sich heraus völlig verständlich und daher nicht dargestellt, daß während des Vorgangs des erneuten Öffnens des Ventils die Drehung der Kugel 8 in die entgegengesetzte Richtung das Auslaßende 9b des Kanals in Relation zu den stromabwärtigen Ringen 15 bringt, bevor das Einlaßende 9a an den stromaufwärts gelegenen Ringen 14 vorbeigelangt ist, also auch bevor die Durchflußöffnung 9 mit unter Druck stehendem Fluid gespeist wird, wodurch die Wirkung des unter Druck stehenden Fluids gegen die stromabwärtigen Dichtungsringe auch während der Öffnungsphase unterbunden wird. Mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Ventils ist es also möglich, eine Ablenkung des Fluids zu erreichen, ohne daß dies zu einer Wirkung auf die stromabwärts gelegenen Ringe 15 führt.
• Wie in Figur 3 gezeigt ist, kann man in die Durchflußöffnung 9 eine Längs-Prallplatte 100 einsetzen, die mit Längskanälen 101 ausgestattet ist, deren Achsen parallel zur Achse der Öffnung 9 sind, wobei die Einlaßenden 101a der Kanäle unabhängig voneinander durch teilweise Drehung der Kugel 8, welche die Enden so bewegt, daß sie von den Dichtungsringen 14 verschlossen werden, gesperrt werden können. Auf diese Weise wird der Fluidstrom abgelenkt, ohne daß ein Teil des Auslaßendes von den stromabwärtigen Ringen 15 verschlossen wird, gegen die ansonsten unter Druck stehendes Fluid mit der Folge der Erosion einwirken würde.
• In die konstruktive Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils lassen sich zahlreiche Varianten einbringen, ohne dadurch vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere können Form, Querschnitt und die exakte Positionierung der Öffnung 9 auf unterschiedliche Weise realisiert werden, indem man die für einen speziellen Anwendungsfall erforderlichen Parameter berücksichtigt.

Claims (2)

1. Fluidführendes Ventil, umfassend:

- eine Sperrkugel (8), die mit einer Durchflußöffnung (9) ausgestattet ist, die stromaufwärtige und stromabwärtige Mündungen (9a, 9b) aufweist und den einzigen Durchgang durch die Kugel (8) bildet;

- einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Fluidstromkanal (2', 3'); und

- Dichtungsringe (14, 15), die zwischen der Kugel (8) und den Fluidströmungskanälen (2', 3') liegen;

wobei die Längsachse der Durchflußöffnung (9) und die Drehachse der Kugel (8) senkrecht aufeinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnung (9) mit ihrer Längsachse gegenüber der Drehachse der Kugel (8) in stromabwärtige Richtung versetzt ist, wenn die Kugel in eine Sperrstellung gedreht wird, wobei der relative Abstand zwischen der Längsachse der Durchflußöffnung (9) und der Drehachse der Kugel (8) derart gewählt ist, daß die stromaufwärtigen Mündungen (9a) stets vor den stromabwärtigen Mündungen (9b) geschlossen werden, wenn die Kugel (8) in ihre Sperrstellung gedreht wird, und die stromabwärtigen Öffnungen (9b) stets vor den stromaufwärtigen Öffnungen (9a) geöffnet werden, wenn die Kugel (8) in ihre Offenstellung gedreht wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußöffnung (9) in Längskanäle (101) unterteilt ist, die unabhängig voneinander sind und parallele Achsen aufweisen, um den Durchfluß durch das Ventil beim Schließen mindestens einer dieser Kanäle (101) über den stromaufwärtigen Dichtungsring (14) abzulenken.