Regelanwendungen

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelventil, insbesonde ^¬ re Eckregelventil und Doppelregelventil, auch als Gerad- und Schrägsitzventil, für extreme Regelanwendungen mit erosiven und korrosiven Medien bei Temperaturen über 500°C und Druckabfälle über 100 bar, vorzugsweise zum Ablassen bzw. Herunter-regulieren für Hochdruck-Heißabscheider, Mitteldruck-Heißabscheider und Vakuumdestillationskolonnen, insbesondere für Hydrierung und davon insbesondere für die Kohleverflüssigung, im Wesentlichen mit einem Einlasstrichter, einem mit Wolframcarbid ausgekleideten Auslasstrichter, dazwischen angeordneten Ventilsitzen und einem mit einem Regelventilkopf versehenen Ventilkolben, wobei die Ventilsitze und die Ventilköpfe aus massivem Wolframcarbid be ^¬ stehen .

In üblichen Hydrier- (oder Upgrader- ) Anlagen werden schwere Kohlenwasserstoffe mit Wasserstoff angereichert, um leich ^¬ tere Kohlenwasserstoffe, die für Transportmaschinen, insbe ^¬ sondere für Flugzeuge und Kraftfahrzeuge, geeignet sind, herzustellen. Die Reaktion zwischen Wasserstoff und Kohlenwasserstoff findet bei hohem Druck und hoher Temperatur statt und resultiert in einem Gemisch, deren Komponenten dann in verschiedenen Stufen abgeschieden werden müssen, nämlich in Hochdruck-Heißabscheidern, Mitteldruck- Heißabscheidern, sowie in atmosphärischen und Vakuum- Destillationskolonnen .

Hierfür werden Regelventile in kritischen Medien mit extremen Bedingungen eingesetzt, z.B. um in Hochdruck- Heißabscheidern abzulassen, d.h. herunter zu regulieren. Dabei wird der Druck zwischen den Stufen abgebaut und der Durchfluss des Mediums geregelt.

In den Regelventilen findet zwangsläufig eine Verdampfung, teilweise überkritisch, statt, da der Druck in jedem Ventil unter den Dampfdruck fällt. Dies verursacht Kavitation, Erosion und Vibration in den Ventilen und eventuell den Rohrleitungen, was durch die Präsenz von Feststoffen, wie z.B. KatalysatorrestStoffen, noch verschlimmert wird. Die kritischste Anwendung erfolgt bei der Kohleverflüssigung, in der Kohle den schweren Kohlenwasserstoff liefert. Die Asche reagiert nicht mit dem Wasserstoff und erhöht den Feststoffanteil dramatisch. Außerdem ist sie sehr erosiv.

Das Medium strömt mit einem Hochdruck und wird von etwa 200 bar auf etwa 40 bar abgebaut. Dabei verdampft das Medium und zerstört die Teile des Ventilsitzes, des Ventilkopfes und der Ventilspindel bzw. den Ventilkolben. Da das Medium in der Regel feststoffhaltig ist, werden die Feststoffe ge ^¬ gen die Ventilinnenwände geschleudert und erzeugen Abrieb. Hinzu kommt, dass die Vibrationen in der Rohrleitung sehr hoch sind und somit ein hoher Grad der Zerstörung der Ventilteile stattfindet. Dies geschieht auch dadurch, dass der meist kegelförmige Ventilkopf des Ventilkolbens gegen den Ventilsitz schlägt.

Die Ventilgehäuseteile des Regelventils bestehen in der Re ^¬ gel aus Stahl oder Edelstahl. Die Temperatur des Mediums ist meistens sehr hoch, beispielsweise 500°C. Darüber hin ^¬ aus weisen Regelventile einen Ventilsitz und einen Ventilkopf aus massivem Wolframcarbid auf, besitzen also nicht nur eine Beschichtung . Der Ventilkolben besteht aus Edelstahl. Jedoch kann ein Ventilkopf aus Wolframcarbidkegel nicht einfach am Ventilkolben aus Stahl verschweißt werden. Daher verbindet aufwändig ein zweigeteilter Ring aus Edel ^¬ stahl die beiden Teile und wird dann verschweißt. Eine warmfeste, d.h. hochtemperaturbeständige Tellerfeder aus Inconel drückt den Ventilkolben gegen den Ventilkopf, wenn die Stahlteile durch die hohen Temperaturen expandieren.

Bei dieser hohen Temperatur dehnt sich der Stahl erheblich aus, Wolframcarbid jedoch nicht, da dieses Material einen viel kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt. Beim Öffnen des Regelventils treten starke Strömungskräfte auf, so dass der Ventilkolben Vibrationen ausgesetzt ist. Dabei schlackern die Teile des Ventilkolbens und des Ventilkopfes im Ventilsitz. Um diese Vibrationseinwirkungen zu verringern, wurden Dämpfungsringe aus Graphit in den Auslass ^¬ trichter eingesetzt, die jedoch nicht die gewünschte Wir ^¬ kung hatten und sich nach einiger Zeit auflösten.

Weitere Probleme treten u.a. dadurch auf, dass die verwen ^¬ deten Wolframcarbid-Innenteile in Gehäuseteilen aus Stahl sitzen. Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bilden sich relativ große Spalten, was die Wolframcarbidteile vibrationsanfällig macht. Zwischen die sich bildenden Spalten setzt sich dann das Medium ab. Bei Abkühlung verkleben die Teile. Deshalb ist das Regelventil sehr schwer auseinander zu bauen, um die verklebten Teile zu ersetzen.

Weiterhin müssen andere Wolframcarbidteile, wie der Ventil ^¬ kopf, mit Stahlteilen, wie dem Ventilkolben, fest verbunden werden, was aus den genannten Gründen sehr kompliziert ist. Des Weiteren ist Wolframcarbid sehr teuer und hat lange Lieferzeiten .

Bekannt sind auch sogenannte Verteilerventile, in denen in einem Gehäuse das Medium verteilt wird. Nicht bekannt hin ^¬ gegen sind Doppelregelventile, d.h. zwei Regelventile in einem Gehäuse.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Regelventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das die genannten Probleme beseitigt und die Innenteile des Regelventils besser gegen aggressive Medien schützt und den Durchfluss des Mediums zuverlässiger regelt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass

der Ventilkolben und der Ventilkopf einteilig ausge ^¬ bildet sind und aus Wolframcarbid bestehen,

- der Ventilkopf vorzugswese eine verkürzte, also etwa halbkreisförmige Kugelregelkontur besitzt oder

der Ventilkopf eine Tassenform mit einem oder mehreren Schlitzen aufweist, wobei der hohle Innenteil stromab- wärts gerichtet ist,

mittig im Übergang vom Einlasstrichter zum inneren Ventilsitz bei Bedarf eine Wandung um den Ventilkolben herum schützend in den Gehäusehohlraum ragt und der Strömungsdurchgang um die Wandung und den Ventilkolben durch eine etwa halbkreisförmige Strömungskontur ge ^¬ bildet ist,

das Ventilgehäuse, der Ventilsitz und ein

Packungshalter gegebenenfalls so ausgeformt sind, dass sich der Innenhohlraum vom Ventileintritt zum Ventilsitz kontinuierlich verengt, was eine Verdampfung stromauf des Ventilsitzes verhindert,

gegebenenfalls eine oder mehrere Druckminderungsstufen im Ventilsitz und/oder im Auslasstrichter ausgebildet sind,

die Auskleidung im Auslasstrichter und/oder der Ventilsitze durch mindestens eine neuartige Tellerfeder gegen die Trichterwandung bzw. den Ventilsitzhalter verspannt und/oder mittels einer Lederumwicklung gegen Vibration geschützt ist,

am Ende des Ventilsitzes und/oder im Auslasstrichter bei Bedarf ein Bett aus Wolframcarbidkugeln als alternative Druckabbaustufe ausgebildet ist,

Ziel ist es, den Kontakt des erosiven Mediums durch dessen Aufprallen auf den Ventilkopf und den Ventilsitz weitgehend zu reduzieren und Spaltbildungen zwischen den Stahlteilen und den Innenteilen aus Wolframcarbid zu vermeiden, insbe ^¬ sondere im Ventilsitz- und Auslassbereich des Regelventils. Des Weiteren sollen eine Verdampfung des Mediums vor dem Ventilsitz weitestgehend eliminiert und ein großer Anteil vom Ventilsitz stromabwärts in verschiedene Zusatzdruckab ^¬ baustufen verlagert werden. Die Kavitation, Erosion und Vibration findet dadurch weniger im hubaktiven Kegel und Sitz und mehr in den widerstandfähigeren Zusatzdruckabbaustufen statt.

Bei dem erfindungsgemäßen Regelventil sind somit der Ventilkolben (auch als „Ventilspindel" bezeichnet) und der Ventilkopf komplett aus einem Stück vollständig aus massi ^¬ vem Wolframcarbid ausgebildet. Wolframcarbid ist ein sehr hartes Material und daher für Ventilteile, die aggressiven Medien mit hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind, hervorragend geeignet. Dadurch wird das komplizierte und aufwändige Verbinden und gegebenenfalls Demontieren von Ventilkolben und Ventilkopf vermieden. Allerdings fehlt Wolframcarbid die notwendige Elastizität, deshalb muß der Ventilkolben gegen Seitenbelastung geschützt werden.

Die verkürzte, etwa halbkreisförmige Kugelkontur des Ven ^¬ tilkopfes gewährleistet mit dieser kürzeren Regelkontur ei ^¬ ne optimale Abwägung zwischen Regelleistung und Lebensdauern. Es wird dabei zwar eine geringfügig schlechtere Regel ^¬ kontur bzw. Regelcharakteristik erzielt, dafür werden aber die Vibrationen des Ventilkopfes gegen den Ventilsitz verringert. Dabei wird auch verhindert, dass der Wolframcar- bid-Ventilkopf exzessiven Vibrationen ausgesetzt ist. Der kürzere dickere Ventilkopf bewirkt weniger Aussetzungen (Schlackern) und der Ventilkolben kann außerhalb des Betätigungsbereiches des Kolbens, nämlich in einem zuvor ange ^¬ ordneten hohlen Verbindungsteil, das auch als „Laterne" be ^¬ zeichnet wird, befestigt werden. Der parabolische Ventilkopf hat eine volllineare Regelkon ^¬ tur, um gut zu regeln, ist aber längenreduziert, damit der Ventilkopf nicht zu sehr der seitlich wirkenden Kraft infolge des seitlichen Strömungsaufpralls des Mediums ausge ^¬ setzt ist.

Alternativ wird ein tassenförmiger Ventilkopf aus massivem Wolframcarbid im Ventilsitz geführt. Entgegen des üblichen Kegels gibt es keine parabolische Regelkontur des Ventil ^¬ kopfes. Stattdessen hat er die Form einer Tasse, wobei der hohle Innenteil stromabwärts gerichtet ist. Das Medium strömt durch einen oder mehrere Schlitze stromabwärts durch den Ventilsitz bzw. in den Auslasstrichter. Dies erlaubt eine variable Begrenzung der Öffnungscharakteristik des Regelventils, wenn der tassenförmige Ventilkopf mit dem Ven ^¬ tilkolben geöffnet ist. Die Tassenform des Ventilkopfes stellt somit eine V-förmige Erweiterung dar, die es er ^¬ laubt, wie ein sich erweiternder Ventilsitz zu wirken.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Regelventils ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Demgemäß sind die Schlitze in Bewegungsrichtung des Ventil ^¬ kolbens in die Außenwandung des tassenförmigen Ventilkopfes verteilt eingebracht und derart angeordnet, dass die Medi ^¬ enströmungen durch die zwei oder mehreren Schlitze, also von mehreren Seiten, aufeinanderprallen und verwirbeln. Dabei wird Energie verbraucht und der Zerstörungsgrad erheb ^¬ lich vermindert. Die Verbindung von Ventilkolben und umliegenden Stahlteilen findet außerhalb des Medium-Strömungs- flusses statt.

Weiterhin ist der hohle Innenteil des tassenförmigen Ventilkopfes konisch mit demselben Winkel wie die Erweiterung des Ventilsitzes ausgebildet.

In der Regel besteht eine relativ lange gerade Wegstrecke für den Ventilkolben, die gegen das Medium und Vibrationen ungeschützt ist. Um den Schutz zu verbessern, wird der Gehäuseinnenraum um den Ventilsitz herum verändert. Entgegen der Strömungsrichtung gesehen, ragt mittig eine Metallwandung in den Strömungsdurchgang und schützt den Ventilkolben weitgehend gegen den Aufprall des Medienstromes. Da ^¬ bei ist der Mediendurchfluss gewährleistet, indem der

Gehäuseinnenraum seitlich eine etwa halbkreisförmige Strö ^¬ mungskontur aufweist.

Nach einer weiteren Ausbildung sind die mehreren Druckminderungsstufen wechselweise sich erweiternd und verengend hintereinander in Strömungsrichtung des Mediums im Ventilsitz und/oder im Auslasstrichter angeordnet, so dass der Mediendruck abgebaut werden kann.

Bevorzugt sind im oder hinter dem Ventilsitz zwei oder mehrere feste Druckminderungsstufen ausgebildet, um den Druckabbau zu verlagern. Dies hat den Vorteil, dass 50% oder mehr des Druckes mit mehr als 50% Verdampfung in dieser zweiten Druckminderungsstufe abgelassen wird. Der Ventil ^¬ kopf wird nun nur noch dem abgelassenen Druck und der Verdampfung in der ersten Druckminderungsstufe ausgesetzt. Da ^¬ bei liegt zwischen PI (vor der ersten Stufe) und P2 (hinter der letzten Stufe) ein intermediärer Druck Pi an. Der Ven- tilkopf des Ventilkolbens muss dann nicht mehr den vollen Druckabbau aushalten, also nicht mehr PI - P2, sondern nur noch PI - Pi . Da die Verdampfung hauptsächlich bei Drücken unter Pi stattfindet ist er auch weitgehend vor Kavitation geschützt .

Eine weitere Ausbildung der Erfindung betrifft ein Bett aus Wolframcarbidkugeln, ähnlich Kugeln in Wälzlagern. Dies erzeugt ein Labyrinth als zweite Druckminderungsstufe, aber mit einem guten Antierosionsprofil, da jede Kugel einen idealen Erosionswiderstand aufweist. Dabei kann das Medium auch eine Menge von kleinen Festkörpern aufweisen, welche sich durch das Labyrinth der Kugeln hindurcharbeiten können, da die Kugeln des Labyrinths selbst in der Lage sind, sich zu bewegen.

Das Bett aus Wolframcarbidkugeln ist strömungseingangssei- tig und strömungsausgangsseitig durch Siebplatten begrenzt, wobei die Löcher der Siebplatten vorzugsweise eine quadra ^¬ tische Form aufweisen, damit sich die Kugeln auf die Löcher setzen können und dennoch das Medium strömen kann.

Ferner sind strömungsausgangsseitig zumindest zwei hinter ^¬ einander angeordnete Siebplatten vorgesehen, wobei die erste Siebplatte aus massivem Wolframcarbid besteht, um der Erosion zu widerstehen. Da Wolframcarbid keine große Elas ^¬ tizität besitzt, stützt die zweite Siebplatte aus Stahl die erste Siebplatte aus Wolframcarbid .

Die Löcher der zweiten Siebplatte sind genau hinter den Lö ^¬ chern der ersten Siebplatte angeordnet. Alternativ sind die Löcher der ersten Siebplatte geringfügig kleiner als die Löcher der zweiten Siebplatte ausgebildet, wobei sich die Löcher der zweiten Siebplatte konisch erweitern, um eine Zerstörung der zweiten Siebplatte aus Stahl zu verhindern.

Die Kugeln sind wegen ihrer optimierten Form ein geeignetes Mittel gegen Erosionen. Durch das Kugelbett wird das Medium abgebremst und Druck abgebaut. Es entsteht wieder ein intermidärer Druck Pi .

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist eine dem Ventilsitz nachgeordnete Druckminderungsstufe im Auslasstrich ^¬ ter in Strömungsrichtung des Mediums eine rapide Erweite ^¬ rung auf, wobei der unmittelbare Übergang vom Ventilsitz in den Auslasstrichter vorzugsweise schalenförmig mit kleinem Radius erfolgt. Diese rapide, d.h. plötzliche Erweiterung im Ventilausgang beträgt weit mehr als 40° im Querschnitt des Ausgangs. Stand der Technik ist eine graduelle, d.h. stufenweise Erweiterung mit weniger als etwa 40°, bezogen auf die Längswand im Auslasstrichter zur Austrittsöffnung des Ventilsitzes, um die laminare Strömung zu erhalten und eine Ablösung der Strömung von der Wand und damit erhöhte Turbulenzen zu verhindern. Eine EDV-gestüt zte Simulation zeigt, dass Turbulenz bei kritischen Medien und hohen

Druckabfällen ohnehin nicht zu verhindern ist, eine laminare Strömung also nicht zu erreichen ist. Die rapide Erwei ^¬ terung um weit mehr als 40° ermöglicht aber eine sehr schnelle und starke Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, was höhere Vorteile als die graduelle Erweite ^¬ rung mit weniger als etwa 40° bringen würde. Auch der Auslasstrichter des Regelventils muss gegen Erosion geschützt sein. Ein massiver Wolframcarbid-Trichter als Auskleidung ist im Innern des Auslasstrichters eingesetzt. Da sich der metallische Auslasstrichter mehr als die Wolf- ramcarbid-Auskleidungen ausdehnt, beginnen die Auskleidungen zu schlackern. Um dies zu verhindern, wird eine hochtemperaturbeständige schräg gestellte Radialfeder mit kege ^¬ liger Ringschale verwendet, die abgewinkelt, ähnlich einer Tellerfeder, eingesetzt ist, um einen Federeffekt auszu ^¬ üben .

In den Auslasstrichter wird die Tellerfeder bzw. Radialfeder eingebracht, deren Ringumfang etwa 300° beträgt. Diese wird vor dem Einsetzen zusammengedrückt und entspannt sich nach dem Einsetzen, beispielsweise in einer Nut um den Auslasstrichter. Insofern muss der der Ringumfang deutlich kleiner als 360° sein, ähnlich einem Sprengring. Die Tellerfeder soll ihre Federkraft entfalten, wenn sich der Stahl ausdehnt und damit die hülsenartigen Auskleidungen aus Wolframcarbid gegen den expandierenden Stahl festhalten. Weiterhin besteht die Tellerfeder aus Inconel, einer korrosions- und temperaturbeständigen Nickelbasislegierung.

Weiterhin ist vorgesehen, dass der Ventilsitzhalter und der Packungshalter in Strömungsrichtung sich leicht konisch verjüngend ausgebildet sind, die gegen den sich ebenfalls leicht konisch verjüngenden Ventilgehäuse verpresst sind. Weiterhin ist vorgesehen, dass die innerne und äusseren Ventilsitze in einem Einsatzkörper aus Stahl gehalten werden . Der Einsatzkörper ist in Strömungsrichtung sich leicht konisch verjüngend eingesetzt und gegen das sich ebenfalls leicht konisch verjüngenden Ventilgehäuse verpresst. Da ^¬ durch kann der Einsatzkörper weiter im Gehäuseinnenraum gleiten, da er sich infolge der hohen Temperatur ausdehnt. Dabei werden Spaltbildungen verhindert.

Zweckmäßigerweise wird bisher Wolframcarbid verwendet ent ^¬ haltend 6% Bindemittel, nämlich Kobalt oder Nickel. Die Korngröße des Wolframcarbids ist fein. Um ein optimales Ma ^¬ terial für den Ventilkolben zu bekommen sollte die Korngröße auf mittel vergrößert werden und mindestens 10% Binde ^¬ mittel verwendet werden um die Elastizität zu erhöhen. Das Bindemittel sollte dann aber vor Auswaschen geschützt sein bei der Anwendung einer speziellen, härtenden Beschichtung .

Des Weiteren können die Ventilteile, insbesondere die In ^¬ nenteile, statt aus Wolframcarbid aus Keramik, z.B. SiN oder SiC, oder einer Mischung von Wolframcarbid und Keramik bestehen. Dabei kann die Keramik mit Graphitfasern verstärkt sein.

Ferner sind kurze Packungshalter oder ähnliche Dämpfungs ^¬ einrichtung zwischen den Wolframcarbid- oder Keramikteilen und dem Stahlkörper und den Ventilsitzhalteteilen vorgesehen, um Vibrationsschäden zu verhindern, die den Abstand zwischen den Wolframcarbid- oder Keramikteilen und dem Stahlkörper und dem Sitzhalter infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung während des Aufheizens erhöhen. Stand der Technik ist ein langer Packungshalter, da der Ventilkolben möglichst breit über seine Länge geführt wird. Jedoch kann die produktseitige Hochtemperaturpackung nur schwer mittels Schrauben angezogen werden, d.h. es baut sich nicht genügend Spannung auf, so dass Leckagen auftre ^¬ ten. Damit tritt Medium in das Verbindungsteil zwischen Ventil und Antrieb ein, was den Zugang und Austausch von Ventilteilen erschwert. Ein nun verkürzter Packungshalter lässt sich einfacher einsetzen und dichtet den Ventilsitz besser ab.

Das Ventilgehäuse, der Ventilsitz und der Packungshalter sind so ausgeformt, dass sich der Innenhohlraum vom Ventil ^¬ eintritt zum Ventilsitz kontinuierlich verengt, was eine Verdampfung stromauf des Ventilsitzes verhindert. Die da ^¬ raus resultierende erhöhte Geschwindigkeit übt eine ver ^¬ stärkte laterale Kraft auf den Ventilkolben aus, was aber durch eine veränderte Ausbildung des Packungshalters kom ^¬ pensiert wird und der Ventilkopf und der Ventilkolben opti ^¬ mal geführt und der Strömungsfluss optimal umgelenkt wer ^¬ den .

Eine Kombination der Packungs- bzw. Dichtungshalter, des Ventilkopfes, des Ventilkolbens und des inneren Ventilsit ^¬ zes können leicht ersetzt werden, während das Regelventil in einer Anlage verbaut ist. Das Verbindungsteil zwischen Ventil und Antrieb ist offen und erlaubt die Teile da hin ^¬ ein zu ziehen und zu demontieren, so dass die Kombination der genannten Teile ausgetauscht werden können. Dazu muß das Verbindungsteil lang und breit genug sein um die Innen- teile umzunehmen und die Verbindungselemente zwischen Ven ^¬ tilspindel und Antriebskolben.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Regelventils sind die Innenteile, wie innerer und äußerer Ventilsitz, Ventil ^¬ kolben, Ventilkopf und Packungshalter ausbaubar ohne Abbau des Verbindungsteils bzw. der Laterne und des Hydraulikan ^¬ triebes. Weiterhin ist das Verbindungsteil bzw. die Laterne zu Reparatur- und Wartungszwecken verlängert und erweitert, um diese Innenteile in die Laterne zuziehbar zu machen und das Verbindungsstück gelöst werden kann und die Innenteile ausgetauscht werden können. Dabei kann der Hydraulikantrieb genutzt werden, um diese Innenteile aus dem Ventilgehäuse zu ziehen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Eckregelventil. Möglich aber auch die Anwendung in Geradsitz- oder Schrägsitzventilen .

Ist das Einzelregelventil ganz geschlossen, liegt keine Be ^¬ anspruchung vor. Die voll geöffnete Stellung ist ebenfalls akzeptabel, weil dann der Druckabfall und Strömungsge ^¬ schwindigkeit des Mediums am niedrigsten sind. Bei einer Regelstellung, bei der das Ventil z.B. 20% offen ist, verschleißt dieses am meisten, weil dann der Druckabfall und die Strömungsgeschwindigkeit sehr hoch sind. Auch ist der Ventilkolben in den Mittelpositionen am wenigsten geführt und damit Vibrationen am meisten ausgesetzt. Im Optimalfall wird das Ventil mal ganz offen und mal ganz geschlossen ge ^¬ fahren. Wenn also ein Regelventil 50% offen wäre, könnte es auch 50% der Betriebszeit voll offen und 50% voll geschlos ^¬ sen gehalten werden. Es gäbe somit 50% der Betriebszeit gar keinen Durchfluss und 50% der Betriebszeit den doppelten Durchfluss, im Durchschnitt jedoch den optimalen Durchfluss. Es wäre aber katastrophal für die die regelnde Anla ^¬ ge, weil in der Zeit, wo das Ventil ganz geschlossen ist, sich im Behälter davor der Mediendruck staut und ausgangs- seitig der Druck abfällt. Dies würde zu unakzeptablen

Schwankungen in Füllhöhen und Drücken führen. Dabei erfolgt kein gleichmäßiges und optimales Betreiben der Anlage, was aber gerade erreicht werden soll. Ein Regelventil kann also nicht durch ein Auf-Zu-Ventil ersetzt werden.

Die Erfindung bezieht sich somit auch auf ein Doppelventil, welches ein Einzelventil ersetzt.

Bei der Anwendung eines Doppelregelventils besteht dieses aus einem großen Teilventil und mindestens einem kleinen Teilventil, wobei das große Teilventil als justierbares „Auf-Zu"-Kolbenventil und das kleine Teilventil als Regel ^¬ ventil ausgebildet sind. Damit werden der gewünschte Medi- endurchfluss erzeugt und darüber hinaus Druckschwankungen ausgeglichen .

Das große Teilventil ist bezüglich des Mediendurchflusses so ausgelegt, dass es den Grundbedarf decken kann. Im Normalfall ist das große Teilventil immer soweit offen, so dass ein Durchfluss vom Eingangstrichter über den Ventilkolben gewährleistet ist. Der Ventilkolben- und Ventilsitzdurchmesser ist so ausgelegt, dass der Grundbedarf durch den Sitz fliessen kann. Der Durchfluss kann geringfügig reduziert werden, indem der Ventilkolben graduell wenig geschlossen wird, bis ca. 90% Kapazität des Mediendurchflus ^¬ ses aufgenommen wird. Dabei darf das große Teilventil nie fast vollständig geschlossen werden, denn das kleine Teil ^¬ ventil kann die benötigte Durchflussmenge nicht aufnehmen.

Während ein Einzelventil 100% des Mediendurchflusses auf ^¬ nimmt, nimmt das große Teilventil des Doppelregelventils also mindestens 80% und das kleine Teilventil bis zu etwa 20% des Mediendurchflusses auf.

Das kleine Teilventil, das als Regelventil ausgebildet ist, erlaubt die Feinregelung. Somit besteht das Doppelregelventil aus einer Mischung aus „Immer auf"-Kolbenventil-Betrieb und Regelbetrieb. Wird also das große Teilventil im gering ^¬ fügig um 90% schwankenden „Auf"-Betrieb gefahren, regelt das kleine Teilventil den restlichen Bedarf. Da das kleine Teilventil ca. 20% der Gesamtkapazität bereit stellt, kann ohne Justierung des großen Teilventiles 90% +/- 20% gere ^¬ gelt werden.

Dadurch hat der Anwender einen optimalen Effekt. Das große Teilventil wird gar nicht beschädigt, da es ca 90% geöffnet ist während das kleine Ventil die Hauptverschleißlast trägt .

Das große Teilventil ist optimiert für wenig Verschleiß, aber dafür kann es nicht gut regeln, d.h. es ist also für sich als Regelventil ungeeignet. Das kleine Teilventil ist daher zum Regeln der Durchflussgeschwindigkeit und -menge vorgesehen. Es kann dabei zwar schneller verschleißen, jedoch sind die verschlissenen Teile des kleinen Teilventils leichter und kostengünstiger austauschbar. Die beiden Teilventile sind daher so ausgelegt, dass sie separat gewartet werden können und im Normalfall nur die Verschleißteile im kleinen Teilventil ausgetauscht werden.

Es könnte zwar ein erstes großes Einzelventil und separat ein weiteres kleines billigeres Einzelventil in die Rohr ^¬ leitung eingesetzt werden. Dabei sind aber beide Ventile nicht erheblich billiger als ein Ventil und es muss zusätzlich eine Änderung der Rohrleitung geschaffen werden.

Sobald der Druckverlust unter den Verdampfungsdruck des Mediums sinkt, verdampft das Medium und die Strömungsge ^¬ schwindigkeit erhöht sich in hohem Maße. Wenn dabei im Strömungsmedium Feststoffe mitgeführt werden, werden diese mit beschleunigt und schießen gegen die metallischen Wände der Rohrleitung und zerstört diese. Wenn das Produkt zweier Ventile im rechten Winkel zusammengeführt werden passiert dies besonders am T-Stück.

Um das Zerstören der Rohrleitungswände und schließlich auch des Doppelregelventils zu verhindern, ist gemäß einer Wei ^¬ terbildung des Doppelregelventils die Längsachse des klei ^¬ nen Teilventils zur Längsachse des großen Teilventils in einem Winkel von vorzugsweise etwa 20° geneigt ausgebildet. Dabei laufen die Längsachsen der beiden Teilventile so zu- sammen laufen, dass kein stärkerer Verschleiß entsteht. Da ^¬ durch werden die Angangsströme des Mediums ohne große Auf ^¬ prallkräfte zum Auslasstrichter des Doppelregelventils ab ^¬ gelenkt. Würde ein größerer Winkel zwischen den Achsen der Teilventile verwendet, würden die Abgangsströme, da sie in der Regel festStoffhaltig sind, mit großer Energie gegen die Ventilwände und Rohrleitungswände prallen und diese be ^¬ schädigen oder gar zerstören.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das kleine Teilventil als pulsierendes und/oder „Auf/Zu"-Regelventil ausgebildet ist. Aus schon erwähnten Gründen kann das Gesamtventil nicht im beschädigungsminimierenden „Auf/Zu"-Betrieb gefahren werden. Da das große Teilventil aber konstant 90% durchläset, könnte das kleine Teilventil meist im beschädi ^¬ gungsminimierenden „Auf/Zu"-Betrieb gefahren werden kann und damit minimalem Verschleiß unterzogen werden. Dabei würde der Prozess nur sehr kleinen Druck- und Strömungsge ^¬ schwindigkeitsschwankungen unterliegen. Statt zwischen 0 und 200% im Durchfluss zu variieren, würde der Durchfluss nur zwischen 90% und 110% variieren. Durch leichtes Nachjustieren des Kolbens des großen Teilventils kann dies wei ^¬ ter reduziert werden. Dann kann der „Auf/Zu"-Betrieb weiter modifiziert werden, in dem es zum pulsierendem Regelventil verändert werden kann. Im Pulsbetrieb wird es nicht im rei ^¬ nen „Auf/Zu"-Betrieb, sondern in einer Mischung zwischen „Auf/Zu" und regelnd gefahren, wobei die verschleißintensi ^¬ ven Positionen unter 30% Hub vermieden werden und durch ganz geschlossenen (Hub =0%) Position und Pulsen von längeren, z.b. 70% „Auf"-Positionen ersetzt wird.

Ein weiterer Vorteil die Ventile zu teilen, ist, dass der komplizierte, teuer und schwer zu bediendende Hydraulikre- gelantrieb für das große Teilventil entfallen kann. Für das große Teilventil kann ein einfacher und zuverlässiger, langsam zu betätigender Standard-Hydraulikantrieb verwendet werden. Es wird für das kleinere Teilventile meistens kein Hydraulikantrieb mehr benötigt; ein Pneumatikantrieb würde genügen. Ein Hydraulikregelantrieb ist viel schwieriger und teurer zu betreiben.

Des Weiteren ist der Einlasstrichter derart zweigeteilt, dass keine Querschnittsvergrößerungen vor den Ventilsitzen erfolgt. Damit werden Kavitation und Verdampfung des Mediums vermieden. Darüber hinaus kann durch die Teilung des Einlasses das kleinere Teilventil mit einem leicht zu steu ^¬ erndem Pneumatikantrieb ausgerüstet werden.

Die Verdampfung, die stromabwärts zwangsläufig erfolgt und zu Beanspruchungen der Ventilsitze und Trichter führt, richtet im jeweiligen Abgang ihre Zerstörung zum Großteil nur am jeweiligen Teilventilabgang an und nicht am anderen Teilventil. Dabei soll die Zerstörung durch Kavitation und Verschleiß vor allem im großen Teilventil weitgehend ver ^¬ mieden wird, während der verbleibende Rest überwiegend im kleinen Teilventil erfolgt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Doppelregelventils ist das große Teilventil derart ausgebildet, dass dieses mindestens 80% des maximalen Durchflusses ohne Regelung aufnimmt, jedoch mit ca. 20% justierbar ist. Darüber hinaus ist das kleine Teilventil derart ausgebildet ist, dass die- ses bis zu ca. 20% des maximalen Durchflusses mit Regelung aufnimmt .

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nach ^¬ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je ^¬ weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines vollständigen Eckregel ^¬ ventils als Einzelventil in einer ersten Ausfüh ^¬ rungsform,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines vollständigen Eckregel ^¬ ventils als Einzelventil in einer zweiten Ausfüh ^¬ rungsform,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt als Schnittansicht des Ventilsitzbereiches des Eckregelventils als Einzelventil in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt als Schnittansicht des Ventilsitzbereiches des Eckregelventils als Einzelventil in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt als Schnittansicht des Ventilsitzbereiches des Eckregelventils als Einzelventil in einer dritten Ausführungsform,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt als Schnittansicht des Auslasstrichters des Eckregelventils als Ein ^¬ zelventil,

Fig. 7 einen vergrößerten Ausschnitt als Schnittansicht des äußeren Ventilsitzes des Eckregelventils als Einzelventil in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt als Schnittansicht des äußeren Ventilsitzes des Eckregelventils als Einzelventil in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 9 eine Perspektivansicht eines Doppelregelventils,

Fig. 10 eine Seitenansicht im Teilschnitt A-A des Doppel ^¬ regelventils gemäß Fig. 9 und

Fig. 11 eine Teilseitenansicht des Doppelregelventils ge ^¬ mäß Fig . 10.

Das Regelventil 1 mit Ventilgehäuse 100 gemäß den Fig. 1 und 2 ist als Einzelventil ausgebildet und besteht in sei ^¬ nen Hauptteilen aus einer Medienzuführung 2 zum Transport eines erosiven und korrosiven Mediums innerhalb einer nicht näher dargestellten Anlage, beispielsweise eines Abschei ^¬ ders. Der Medienzuführung 2 schließt sich im Ventilgehäuse 100 ein Einlasstrichter 3 an, der durch eine Klammer- oder Flanschverbindung 4 mit der Medienzuführung 2 verbunden ist. Dem Einlasstrichter 3 ist ein Ventilsitz nachgeordnet, der im Wesentlichen aus einem Ventilsitzhalter 5, inneren Ventilsitz 6 und einem äußeren Ventilsitz 7 besteht, wobei Letzterer dem inneren Ventilsitz 6 nachgeordnet ist. Dem äußeren Ventilsitz 7 schließt sich ein Auslasstrichter 8 an, der mittels einer Klammer 9 mit dem Ventilgehäuse 100 und damit dem äußeren Ventilsitz 7 verbunden ist. Dem Auslasstrichter 8 folgt ein mittels einer weiteren Klammer 10 verbundener Anschlussflansch 11 für eine nicht gezeigte Rohrleitung .

Im inneren Ventilsitz 6 ist ein Ventilkolben 12 angeordnet, an dessen zum Ventilsitz 6 gerichteten Ende ein Ventilkopf 13 ausgebildet ist. Der Ventilkolben 12 wird in einer

Packungshaltereinheit bzw. Buchse 14 geführt, die mit einem entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Mediums angeord ^¬ neten Verbindungsstück bzw. Spindel 15 verbunden ist, das sich in einem Verbindungsteil 16 erstreckt. Dieses Verbin ^¬ dungsteil wird wegen seiner Bauform auch als „Laterne" be ^¬ zeichnet. Das Verbindungsteil 16 wiederum ist mit einem Hydraulikantrieb 17 zum Betätigen des Regelventils 1 ver ^¬ bunden .

Der innere Ventilsitz 6 besteht aus einem verkürzten Einsatzkörper aus Wolframcarbid, der in Strömungsrichtung sich leicht konisch verjüngend ausgebildet und gegen den sich ebenfalls leicht konisch verjüngenden Ventilsitzhalter 5 verpresst ist, wie insbesondere in Fig. 3 gezeigt.

Die äußeren Teile des Regelventils 1, also ausgenommen der Ventilsitze 6 und 7 mit dem Ventilkolben 12 und dem Ventil ^¬ kopf 13, bestehen im Wesentlichen aus Stahl bzw. Edelstahl. Bei der ersten Ausführungsform des Ventilsitzbereiches 6 des Regelventils 1 gemäß Fig. 3 sind der Ventilkolben 12 und der Ventilkopf 13 einstückig ausgebildet und bestehen aus massivem Wolframcarbid . Der Ventilkopf 13 besitzt eine verkürzte, etwa halbkreisförmige Kugelkontur, die beim Schließen des Regelventils 1 teilweise in den als sich leicht verjüngenden Einsatzkörper ausgebildeten inneren Ventilsitz 6 eindringt.

Mittig im Übergang vom Einlasstrichter 3 zum Ventilsitz 5 ragt eine Wandung 19 um den Ventilkolben 12 herum in den inneren Ventilsitz 6. Der Strömungsdurchgang in diesem Bereich wird durch eine etwa halbkreisförmige Strömungskontur

20 gebildet, die strichliert dargestellt ist, da sie in der Seitenansicht nicht sichtbar ist.

Gemäß der zweiten Ausführungsform des Ventilsitzbereiches 6 des Regelventils 1 gemäß Fig. 4 besitzt der Ventilkopf 13 eine Tassenform mit mehreren Schlitzen 21, wobei der hohle Innenteil des Ventilkopfes 13 stromabwärts gerichtet ist. Die Schlitze liegen sich diametral gegenüber, so dass in Fig. 4 nur einer der Schlitze 21 zu sehen ist. Die Schlitze

21 sind in Bewegungsrichtung des Ventilkolbens 12 in die Außenwandung des tassenförmigen Ventilkopfes 13 verteilt eingebracht .

In der dritten Ausführungsform des Ventilsitzbereiches 6 des Regelventils 1 gemäß Fig. 5 sind im Einsatzkörper 18 des inneren Ventilsitzes 6 mehrere Druckminderungsstufen 22 ausgebildet, nämlich in Strömungsrichtung des Mediums eine Erweiterung 23, eine Verengung 24 und wiederum eine Erweiterung 25, in denen der Druck des durch das Regelventil 1 strömenden Mediums im geöffnetem Zustand abgebaut wird. Fig. 6 zeigt einen in Strömungsrichtung des Mediums sich erweiternden äußeren Auslasstrichter 8 mit einer Auskleidung 26 aus Wolframcarbid, welche durch zwei getrennte schräg gestellte Radialfedern 27 aus Inconel gegen die Trichterwandung verspannt ist.

In Fig. 7 ist ein äußerer Ventilsitz 7 des Regelventils 1 in einer ersten Ausführungsform dargestellt, welcher eine dem Ventilsitz 6 nachgeordnete Druckminderungsstufe 28 in Form einer sich in Strömungsrichtung des Mediums erstreckenden rapiden Erweiterung aufweist. Dabei erfolgt der unmittelbare Übergang vom Ventilsitz 6 in den Auslasstrichter 8 schalenförmig mit kleinem Radius.

Gemäß Fig. 8 ist im äußeren Ventilsitz 7 ein Bett 30 aus einer Vielzahl von Wolframcarbidkugeln 31 eingebracht. Das Bett 30 aus Wolframcarbidkugeln 31 wird strömungseingangs- seitig und strömungsausgangsseitig durch Siebplatten 32, 33, 34 begrenzt. Die Löcher 35 der Siebplatten 32 und 34 besitzen eine quadratische Form, damit sich einerseits die Wolframcarbidkugeln 31 an die Löcher 35 anlegen können und dennoch das Medium durch die Löcher 35 strömen kann. Daher sind die Wolframcarbidkugeln 31 größer als die Löcher 35.

Strömungsausgangsseitig sind zwei hintereinander angeordne ^¬ te Siebplatten 33 und 34 vorgesehen. Die erste Siebplatte 34 besteht aus massiven Wolframcarbid und die zweite Sieb ^¬ platte 33 aus warmfesten Stahl. Die Löcher 35 der zweiten Siebplatte 33 sind hinter den Löchern 35 der ersten Siebplatte 34 angeordnet, um einen Strömungsdurchgang für das Medium zu gewährleisten. Das in den Fig. 9 bis 11 gezeigte Doppelregelventil 1 weist ein Ventilgehäuse 100 auf und besteht in seinen Hauptteilen aus einem großen Teilventil 36 und einem kleinen Teilventil 37 im gleichen Ventilgehäuse 100. Während das große Teil ^¬ ventil 36 als justierbares „Auf/Zu"- Kolbenventil vorgese ^¬ hen ist, dient das kleine Teilventil 37 als Regelventil.

Die Bezugsziffern der für das zuvor erläuterte Einzelventil beschriebenen Bauteile entsprechen denen des großen Teilventils 36 und denen des kleinen Teilventils 37, wobei den Bezugsziffern des kleinen Teilventils 37 jeweils ein „a" hinzugefügt ist, sofern diese Bauteile gleich sind. Die den Bauteilen des Einzelventils gleichen Bauteile des Doppelre ^¬ gelventils werden nicht nochmals beschrieben, vielmehr wird auf die Ausführungen zum zuvor erläuterten Einzelregelventil verwiesen.

Am Ventilgehäuse 100 ist ein für die beide Teilventile 36 und 37 gemeinsamer Einlasstrichter 3 angeordnet.

Die Längsachse 38 des kleinen Teilventils 37 ist zur Längs ^¬ achse 39 des großen Teilventils 36 in einem Winkel von vorzugsweise etwa 20° geneigt ausgebildet.

Liste der Bezugszeichen

1 Regelventil 31 Wolframcarbidkugeln

100 Ventilgehäuse 32 Siebplatte

2 MedienZuführung 33 Siebplatte

3 Einlasstrichter 34 Siebplatte

4 Klammer 35 Löcher

5 Ventilsitzhalter 36 Großes Teilventil

6 Innerer Ventilsitz 37 Kleines Teilventil

7 Äußerer Ventilsitz 38 Längsachse

8 Auslasstrichter 39 Längsachse

9 Klammer cx Winkel

10 Klammer

11 Anschlussflansch

12 Ventilkolben

13 Ventilkopf

14 Packungshalter, Buchse

15 Verbindungsstück, Spindel

16 Verbindungsteil /Laterne

17 Hydraulikantrieb

18 Einsat zkörper

19 Wandung

20 Strömungskontur

21 Schlitz

22 Druckminderungsstufe

23 Erweiterung

24 Verengung

25 Erweiterung

26 Auskleidung

27 Tellerfeder

28 Druckminderungsstufe

29 Erweiterung

30 Bett