DE4342378A1 - Absperrschieber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Absperrschieber entspre­ chend den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 9.

Absperrschieber stehen seit vielen Jahren im allgemeinen Ge­ brauch und sind für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt worden, beispielsweise in Öl- und Gasbetrieben der Erdölindu­ strie. Derartige Schieber sind für Beanspruchungen mit Drücken von mehreren 100 Newton pro Quadratzentimeter ausgelegt und müs­ sen zum Absperren der Strömung durch die mit dem Schieber ver­ bundene Rohrleitung geeignet sein. Typische Absperrschieber be­ stehen aus einem Schiebergehäuse, das Einlaß- und Auslaßleitun­ gen mit einer dazwischen angeordneten Schieberkammer aufweist. Ein Schieberelement mit einem hindurchgeführten Durchlaß ist in einem innerhalb der Kammer angebrachten Ventilsitz angeordnet und an einer Spindel montiert. Die Spindel bewegt sich innerhalb der Kammer hin und her, um das Schieberelement zwischen einer Schließstellung, in welcher die Strömung abgesperrt ist, und ei­ ner Öffnungsstellung, in welcher der Durchlaß durchströmt wird, zu bewegen. Ein Schiebersitz dichtet durch Angriff an das Schie­ berelement gegen Umströmung des Schiebers ab. Typisch für solche Ventilsitze sind Absperr- und Ablaßdichtungen, welche stromauf­ wärts und stromabwärts befindliche primäre und sekundäre Dich­ tungen bilden, um eine größere Dichtungsbelastbarkeit unter ex­ tremen Drücken des abzusperrenden Fluidums vorzusehen.

Die bekannten Absperr- und Ablaßdichtungen sind innerhalb des Absperrschiebers angebracht und in ihrer Wirksamkeit abhängig von den durch das Fluidum bereitgestellten Schmierungseigen­ schaften. Diese Abhängigkeit kann zu unvorhersehbarem Verschleiß und möglicher Fehlfunktion des Sitzes führen. In der Vergangen­ heit wurden die Ventilsitze regelmäßig durch Ausblasen des ge­ samten Schieberinhalts in die Atmosphäre überprüft, um die Sitz­ wirksamkeit sicherzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Absperrschieber bereitzustellen, bei welchem die Wirksamkeit der Abdichtung am Ventilsitz von der Schmierfähigkeit des abzusperrenden Fluidums unabhängig ist, der über eine längere Lebensdauer die Abdicht­ wirksamkeit behält und der eine einfach durchzuführende Prüfung der Abdichtwirksamkeit ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von der eingangs angegebe­ nen Gattung durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils zugehörigen Unteransprüchen angegeben und nachste­ hend ebenfalls erläutert.

Erfindungsgemäß werden die Nachteile der bekannten Absperrschie­ ber durch Bereitstellung eines Absperrschiebers mit einem Ab­ sperr- und Ablaßsitz überwunden, bei welchem primäre und sekun­ däre Dichtungen vorgesehen sind, die ein Schmierungssystem für kontinuierliche Zuführung von Schmiermittel enthalten und die Möglichkeit zur Prüfung der Sitzwirksamkeit besitzen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Sitzglied primäre und sekundäre Dichtungen, welche die Absperr- und Ablaßwirkung hervorrufen. Die Anordnung ist hierbei in Ver­ folg des Erfindungsgedankens so getroffen, daß bei geschlossenem Schieberelement der Leitungsdruck des Fluidums die primäre Dich­ tung aktiviert. Falls die primäre Dichtung an dem Schieber un­ dicht ist, aktiviert der Fluidumsdruck die sekundäre Dichtung. Falls der Druck im Schiebergehäuse den Leitungsdruck übersteigt, öffnen sich sowohl die primäre als auch die sekundäre Dichtung, wodurch dem Druck im Schiebergehäuse ein Ausgleich mit dem Lei­ tungsdruck ermöglicht wird. Dementsprechend stellt die Anordnung der Dichtungen die Absperr- und Ablaßwirkung für den Druckaus­ gleich bereit.

Zur Schmierung der Sitzdichtung bei gleichzeitiger Bereitstel­ lung einer Überprüfungsmöglichkeit für die Dichtungswirksamkeit sieht die Erfindung eine Schmiermittelzufuhr vor, welche eine Verbindung zwischen der Außenseite des Schiebers und beiden stromaufwärts und stromabwärts befindlichen Sitzen vorsieht. Der dafür vorgesehene Schmiermitteldurchgangsweg wird auch zur Prü­ fung der Dichtungswirksamkeit durch Einspritzen von Schmiermit­ tel unter Druck verwendet, um die primäre und die sekundäre Dichtung zu aktivieren und die Absperr- und Ablaßfunktion zu prüfen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß der Schmier­ mitteldruck verwendet werden kann, um absichtlich die Ablaßfunk­ tion für den Druckausgleich außerhalb des Schiebers einzuleiten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Bezugszahlen für entsprechende Teile in allen Dar­ stellungen verwendet sind. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Perspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Ab­ sperrschiebers,

Fig. 2 eine Teilschnittansicht einer ersten Ausfüh­ rungsform des Ventilsitzes,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht einer zweiten Ausfüh­ rungsform des Ventilsitzes und

Fig. 4 eine Längsschnittansicht des Ventilgehäuses mit dem Schmierungssystem.

In Fig. 1 ist ein Absperrschieber 10 der mit steigender Spindel arbeitenden Bauart für die Steuerung der Strömung von Strömungs­ medien durch eine Leitung dargestellt. Der Absperrschieber 10 besitzt ein Schiebergehäuse 12, welches zur Bildung einer Schie­ berkammer 14 darin hohl ist. Das obere oder Deckelteil 16 des Schiebers 10 kann einen Deckel jeder konventionellen Ausbildung umfassen, welcher einen Abschluß des oberen Endes der Schieber­ kammer 14 vorsieht und eine Dichtung zwischen dem Schiebergehäu­ se 12 und der Spindel 18 bildet. Der Schieber 10 schließt ein Schieberelement 20 ein, das bewegbar innerhalb der Kammer 14 an­ geordnet ist. Das Schieberelement 20 hat eine rechtwinklige oder abgeplattete Konfiguration und ist an seinem Kopf mit der Spin­ del 18 verbunden. Die Spindel 18 ist zum Anheben und Absenken des Schieberelements 20 nach entsprechend wahlweiser Bewegung der Spindel 14 mittels eines Handrades 22 ausgebildet.

Das Schiebergehäuse 12 besitzt auch miteinander ausgefluchtete Durchflußwege 24 und 26, die an gegenüberliegenden Seiten der Kammer 14 gebildet sind. Das Schieberelement 20 weist einen darin geformten Durchlaß 28 auf, welcher so angeordnet ist, daß bei nach oben gerichteter Öffnungsbewegung des Schieberelements der Durchlaß 28 mit den Durchflußwegen 24 und 26 fluchtet, um die Strömung von Strömungsmedien durch den Schieber 10 zu ermög­ lichen. Zur Schließung des Schiebers 10 wird das Schieberelement 20 abwärts bewegt, um die Strömung von Durchflußmedien abzusper­ ren. Eine abgestufte ringförmige Ausnehmung 30 ist um jeden der Durchflußwege 24 und 26 gebildet, um einen Ventilsitz 32 für die Abdichtung der Durchflußwege 24 und 26 aufzunehmen. Die Ventil­ sitze 32 sind in enger Nachbarschaft zu dem Schieberelement 20 angeordnet, um Leckage um das Schieberelement 20 herum zu ver­ hindern. Vorzugsweise sind sowohl stromaufwärts als auch strom­ abwärts Sitze 32 an gegenüberliegenden Seiten des Schieberele­ ments 20 vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sitze 32 von Absperr- und Ablaßbauart, welche die Strömung von Durchflußmedien für Abdichtungszwecke absperren, jedoch das Ablassen von in der Schieberkammer 14 aufgebauten Druckdifferen­ zen ermöglichen.

In den Fig. 2 bis 4 sind zwei Varianten des Absperr- und Ablaß­ ventilsitzes 32 und ein Schmierungssystem für die Zuführung ei­ nes Schmiermittels von der Außenseite der Schieberkammer 14 zu jedem der Ventilsitze 32 des Absperrschiebers 10 dargestellt. Die Ventilsitze 32 sind verschiebbar innerhalb der Ausnehmungen 30 mit engen Toleranzen angebracht. Ein primäres Sitzdichtungs­ glied 34 ist gegen das Schieberelement 20 durch eine O-Ring- Dichtungsfeder 36 vorgespannt. Eine Dichtung zwischen dem Sitz­ dichtungsglied 34 und dem Schiebergehäuse ist durch einen O-Ring 38 vorgesehen. Eine Dichtung 42 ist zwischen der Endfläche 40 des Sitzdichtungsglieds 34 und dem Schieberelement 20 angeord­ net. Vorzugsweise ist die Dichtung 42 ein Teflon-Dichtring, der im Preßsitz innerhalb einer in die Endfläche 40 geschnittenen Nut sitzt. Ein ringförmiges sekundäres Sitzdichtungsglied 44 ist so ausgebildet, daß es das primäre Sitzdichtungsglied 34 eng um­ schließt. Das sekundäre Sitzdichtungsglied 44 ist durch eine Fe­ der 46, vorzugsweise eine Tellerfeder, gegen das Schieberelement 20 vorgespannt. Das sekundäre Sitzdichtungsglied 44 ist am Schieberelement 20 durch eine der Dichtung 42 ähnliche Dichtung 48 abgedichtet. Eine O-Ring-Dichtung 50 ist zwischen dem primä­ ren Sitzdichtungsglied 34 und dem sekundären Sitzdichtungsglied 44 innerhalb einer Nut 52 vorgesehen.

Wenn der Ventilsitz 32 vollständig aktiviert ist, drückt die O- Ring-Feder 36 das primäre Sitzdichtungsglied 34 gegen das Schie­ berelement 20, um eine anfängliche Dichtung gegen den Druck des Fluidums im Durchflußweg 24 durch den dem Schieberelement 20 an­ liegenden Dichtungsring 42 herbeizuführen. Falls die Primärdich­ tung an der Endfläche 40 gefährdet ist, beispielsweise durch Verschleiß an der Endfläche 40, gelangt Fluidum aus dem Durch­ flußweg 24 zwischen dem primären Sitzdichtungsglied 34 und dem Schieberelement 20 hindurch zu dem sekundären Sitzdichtungsglied 44. Auf diese Weise sperrt oder dichtet der Ventilsitz 32 gegen Leckage durch Verwendung primärer und sekundärer Dichtungen. Der Ventilsitz 32 gleicht auch übermäßigen Druck aus der Kammer 14 aus. Die Kammer 14 des Schiebergehäuses weist normalerweise ei­ nen Druck entsprechend oder nahe dem Druck der Eingangsseite des Durchflußweges 24 auf, weil sie während des Öffnens und Schließens des Schieberelements 20 gefüllt wird. Unter einigen Bedin­ gungen kann der Druck in der Kammer 14 ansteigen. Häufig wird diesem Überdruck durch ein Ablaßventil in der Kammer 14 Rechnung getragen. Das Ablassen der Kammer 14 in die stromaufwärts gele­ gene Seite dem Durchflußweges 24 tritt immer auf, wenn der Druck in der Kammer 14 den Leitungsdruck um einen vorbestimmten Betrag überschreitet. Die Feder 46 und die durch den Fluidumsdruck in der Kammer 14 aufgebrachten Kräfte sind so ausgewählt, daß, falls der Druck in der Kammer 14 den Druck im Durchflußweg 24 um den vorbestimmten Betrag übersteigt, die gegen die Endfläche des sekundären Sitzdichtungsglieds 44 einwirkenden Kräfte die Kraft der Feder 46 überwinden und das sekundäre Sitzdichtungsglied 44 zu einer von dem Schieberelement 20 abhebenden Öffnungsbewegung veranlassen. Auf ähnliche Weise wird das primäre Sitzdichtungs­ glied 34 von dem Schieberelement 20 weggedrückt, um den Über­ schußdruck aus der Kammer 14 in den Durchflußweg 24 abzulassen. Wenn der Druckausgleich erfolgt ist, bewegt sich der Ventilsitz 32 wieder in seine Abdichtstellung. Der Aufbau und die Wirkungs­ weise des Absperr- und Ablaßventilsitzes sind im einzelnen in der US-Patentschrift 5 090 661 beschrieben.

Der Ventilsitz ist gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Schmierungssystem 60 ausgestattet, welches eine Verbindung zwi­ schen der Außenseite des Schiebergehäuses 12 und den Ventilsit­ zen 32 herstellt, wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht. Der ge­ schmierte Absperr- und Ablaßventilsitz 32 sieht auch die Mög­ lichkeit vor, jeden Sitz 32 zwischen dem primären Sitzdichtungs­ glied 34 und dem sekundären Sitzdichtungsglied 44 zu prüfen, oh­ ne dabei den Schieberinhalt in die Atmosphäre ausblasen zu müs­ sen, wie es bisher bei üblichen Absperrschiebern erforderlich war. Ein Nippel 62 ist an dem sekundären Sitzdichtungsglied 44 befestigt, um eine Verbindung mit einem Durchgangsweg 64 in dem Sitzdichtungsglied 44 und einem Spaltraum 54 zwischen den Sitz­ dichtungsgliedern 34 und 44 herbeizuführen. Der Nippel 62 ist durch einen Schlauch oder ein Rohr 66 mit einem Außennippel 68 verbunden, der entweder in der Wand des Schiebergehäuses 12 oder, wie gezeigt, in dem Deckelteil 16 angebracht ist. Eine kontinuierliche Schmiermittelzufuhr kann an den Außennippel 68 angeschlossen werden, so daß dem Ventilsitz 32 Schmiermittel durch das Rohr 66 zugeführt wird. Auf diese Weise wird der Ven­ tilsitz vollständig geschmiert, um den Verschleiß des Ventilsit­ zes 32 infolge der Bewegung des Schieberelements zu verringern, wodurch die Lebensdauer des Ventilsitzes 32 bis zum Austausch verlängert wird. Wie schon angegeben wurde, ermöglicht das Schmierungssystem 60 auch die Überprüfung der Wirksamkeit des Ventilsitzes 32. Hierbei wird Schmiermittel unter einem vorbe­ stimmten Druck dem Spaltraum 54 zwischen den primären und sekun­ dären Dichtungen zugeführt und schließlich zu deren Endflächen. Falls dabei festgestellt wird, daß eine Schmiermitteldruck­ schwelle erreicht werden kann, bevor die Abdichtung abfällt, dann ist die Wirksamkeit des Ventilsitzes in Ordnung. Falls je­ doch der Druck vor Erreichen des Schwellenwertes abfällt, ist das ein Hinweis darauf, daß die Dichtringe 42, 48 verschlissen sein können, so daß ein Austausch der Ventilsitze erforderlich ist.

Es wird ein Schmierungssystem 60 für den Absperr- und Ablaßven­ tilsitz 32 eines Absperrschiebers 10 vorgeschlagen. Die Schmie­ rung des Sitzes wird durch eine Verrohrung 66 herbeigeführt, welche mit der Außenseite des Absperrschiebers in Verbindung steht, um das Schmiermittel zu den inneren Kanälen des Ventil­ sitzes zu führen. Dichtungen in dem Ventilsitz 32 halten das Schmiermittel innerhalb der inneren Kanäle des Sitzes. Das Schmierungssystem 60 ermöglicht die Überprüfung jeden Sitzes 32 auf Wirksamkeit durch Erhöhung des Schmiermitteldruckes zu dem Ventilsitz, ohne Ausblasen des gesamten Ventils in die Atmo­ sphäre.

Claims (11)

1. Absperrschieber, umfassend ein Schiebergehäuse (12) mit ei­ ner darin befindlichen Schieberkammer (14) und einem Paar sich darin an entgegengesetzten Seiten der Schieberkammer (14) er­ streckender Durchflußöffnungen (24, 26), ein innerhalb der Schieberkammer (14) zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung hin- und herbewegbares Schieberelement (20), welches einen wahlweise mit den Durchflußöffnungen (24, 26) zur Öffnung des Absperrschiebers (10) ausfluchtbaren Durchlaß (28) aufweist, und Abdichtmitteln zur Verhinderung von Strömung ent­ lang der Oberfläche des Schieberelements (20), wobei die Ab­ dichtmittel ein primäres Sitzdichtungsglied (34) und ein sekun­ däres Sitzdichtungsglied (44) aufweisen, die in der Nähe des Schieberelements (20) innerhalb einer in den Durchflußöffnungen (24, 26) gebildeten Ausnehmung (30) angebracht sind, gekenn­ zeichnet durch ein Schmierungssystem (60), welches zwischen der Außenseite des Schiebergehäuses (12) und den Abdichtmitteln (34, 44) eine Verbindung herstellt, wodurch eine ständige Zufuhr von Schmiermittel zu den Abdichtmitteln vorgesehen ist, wobei das Schmiermittel wahlweise mit einem vorbestimmten Druckschwellen­ wert zur Prüfung der Wirksamkeit der primären und sekundären Sitzdichtungsglieder (34, 44) zuführbar ist.

2. Absperrschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmierungssystem (60) Zufuhrmittel (66) aufweist, die sich zwischen der Außenseite des Schiebergehäuses (12) und den Ab­ dichtmitteln (34, 44) erstrecken.

3. Absperrschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das sekundäre Sitzdichtungsglied (44) verschiebbar an dem primären Sitzdichtungsglied (34) angebracht ist, dieses dicht umschließt und einen Durchgangsweg (64) für Schmiermittel aufweist, dem Schmiermittel zuführbar ist, wobei der Durchgangs­ weg (64) mit dem Zufuhrmittel (66) des Schmierungssystems (60) verbunden ist, wodurch Schmiermittel durch den Durchgangsweg (64) zwischen das primäre und das sekundäre Sitzdichtungsglied (34, 44) zuführbar ist.

4. Absperrschieber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsweg (64) für Schmier­ mittel im sekundären Sitzdichtungsglied (44) mit einem Spaltraum (54) zwischen dem primären und dem sekundären Sitzdichtungsglied (34, 44) und Stirnflächen des primären und des sekundären Sitz­ dichtungsglieds (34, 44) derart verbunden ist, daß Schmiermittel zwischen die Sitzdichtungsglieder (34, 44) und zu den Stirnflä­ chen der Sitzdichtungsglieder, die normalerweise im Kontakt mit dem Schieberelement (20) stehen, zuführbar ist, wodurch Schmier­ mittel wahlweise den Abdichtmitteln (34, 44) unter Druck zur Prüfung der Wirksamkeit der Abdichtmittel zuführbar ist.

5. Absperrschieber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmierungssystem (60) ein an dem sekundären Sitzdichtungsglied (44) angebrachtes erstes An­ schlußteil (62) und ein an einer Wand der Schieberkammer (14) in Verbindung mit der Außenseite des Absperrschiebers (10) ange­ brachtes zweites Anschlußteil (68) einschließt, wobei das erste und das zweite Anschlußteil (62, 68) durch das Zufuhrmittel (66) miteinander verbunden sind.

6. Absperrschieber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrmittel ein flexibles Rohr umfaßt, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß­ teil (62, 68) erstreckt.

7. Absperrschieber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Sitzdichtungsglied (34) verschiebbar innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung (30) ange­ ordnet ist, die das innere Ende mindestens einer Durchflußöff­ nung (24, 26) in der Nähe des Schieberelements (20) umgibt, wo­ bei das primäre Sitzdichtungsglied (34) eine primäre Dichtungs­ feder (36) aufweist, durch die das primäre Sitzdichtungsglied (34) normalerweise gegen das Schieberelement (20) vorgespannt ist.

8. Absperrschieber nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Sitzdichtungsglied (44) eine sekundäre Dichtungsfeder (46) aufweist, durch die das sekundäre Sitzdichtungsglied (44) normalerweise gegen das Schie­ berelement (20) vorgespannt ist.

9. Absperrschieber, umfassend ein Schiebergehäuse (12) mit ei­ ner darin befindlichen Schieberkammer (14) und einem Paar sich dahindurch an entgegengesetzten Seiten der Schieberkammer (14) erstreckender Durchflußöffnungen (24, 26), ein innerhalb der Schieberkammer (14) zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung hin- und herbewegbares Schieberelement (20), welches einen wahlweise mit den Durchflußöffnungen (24, 26) zur Öffnung des Absperrschiebers (10) ausfluchtbaren Durchlaß (28) aufweist, und Abdichtmitteln zur Verhinderung von Strömung ent­ lang der Oberfläche des Schieberelements (20), wobei die Ab­ dichtmittel ein primäres Sitzdichtungsglied (34) und ein sekun­ däres Sitzdichtungsglied (44) aufweisen, die unabhängig vonein­ ander gegen das Schieberelement (20) vorgespannt sind und in der Nähe des Schieberelements (20) verschiebbar innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung (30) des inneren Endes mindestens einer Durchflußöffnung (24, 26) angebracht sind, gekennzeichnet durch ein Schmierungssystem (60), welches zwischen der Außenseite des Schiebergehäuses (12) und den Abdichtmitteln (34, 44) eine Ver­ bindung herstellt, wodurch eine ständige Zufuhr von Schmiermit­ tel zu den Abdichtmitteln vorgesehen ist, daß durch das Schmie­ rungssystem (60) Schmiermittel zu einem Spaltraum (54) zwischen dem primären und dem sekundären Sitzdichtungsglied (34, 44) zu­ führbar ist, wobei das Schmiermittel wahlweise mit einem vorbe­ stimmten Druckschwellenwert zur Prüfung der Wirksamkeit der pri­ mären und sekundären Sitzdichtungsglieder (34, 44) der Abdicht­ mittel zuführbar ist.

10. Absperrschieber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmierungssystem (60) eine Zufuhrleitung (66) aufweist, die sich zwischen einem an dem sekundären Sitzdichtungsglied (44) angebrachten ersten Anschlußteil (62) und einem an der Wand der Schieberkammer (14) angebrachten zweiten Anschlußteil (68) er­ streckt.

11. Absperrschieber nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das sekundäre Sitzdichtungsglied (44) einen Durch­ gangsweg (64) für Schmiermittel aufweist, daß das erste An­ schlußteil (62) an den Durchgangsweg (64) für Schmiermittel an­ geschlossen ist und daß der Durchgangsweg (64) für Schmiermittel mit dem Spaltraum (54) zwischen dem primären und dem sekundären Sitzdichtungsglied (34, 44) verbunden ist.