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Absperrorgan für gasförmige oder flüssige Medien
Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan für gasförmige und flüssige Medien, bei dem ein Schubrohr mit innerem Ringraum auf einem Innenrohr mit einer Zwischenwand und beiderseits der Wand angeordneten Überströmöffnungen gehalten ist und bei dem zwei Rundschnurringe als äussere und ein Rundschnurring als mittlere Dichtungen zwischen dem Innenrohr und dem Schubrohr vorgesehen sind.
Absperrorgane der eingangs genannten Art zeichnen sich dadurch aus, dass das Innenrohr fest in den Verlauf einer Rohrleitung eingebaut werden kann, und dass als bewegter Teil lediglich das äussere Schubrohr vorhanden ist. Wird bei diesen bekannten Absperrorganen dafür gesorgt, dass das Schubrohr in der Of- fen- und der Sperstellung druckentlastet ist, dann ist zur Betätigung des Schubrohres auch dann keine hohe Kraft erforderlich, wenn das Medium unter einem hohen Druck steht. Bei der Betätigung des Schubrohres braucht lediglich der Reibwiderstand überwunden zu werden, der von den beiden äusseren und der inneren Dichtung zwischen dem Innenrohr und dem Schubrohr hervorgerufen wird.
Komplizierte Betätigungsspindeln oder andere technisch aufwendige Einrichtungen, die bei andern Absperrorganen abweichender Bauart erforderlich sind, um die Drücke des Mediums zu überwinden oder eine Betätigungsbewegung auf das im Inneren dieser bekannten Organe angeordnete bewegliche Glied zu übertragen sowie die zahlreichen Dichtungen werden bei einem Absperrorgan der eingangs genannten Art vermieden.
Bei den bekannten Absperrorganen der eingangs genannten Art wird beim Öffnen oder Schliessen eine schlagartige Absperrung oder Wiederfreigabe der Durchströmquerschnitte für das Medium bewirkt. Ein derartiges schlagartiges Öffnen kann zu einem plötzlichen Druckabfall im Medium führen, der oft unerwünscht ist. Gefährlich ist aber häufig das schlagartige Absperren der Durchströmquerschnitte, weil sich bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums dadurch Druckstösse einstellen. Die Höhe dieses stossartig anwachsenden Druckes überschreitet oft zulässige Sicherheitsgrenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile eines Absperrorgans der eingangs genannten Art zu vermeiden und dieses so auszubilden, dass es bei einfachem Aufbau eine hohe Lebensdauer aufweist und darüber hinaus ein allmähliches Absperren und Wiederfreigeben der Durchströmquerschnitte beim Öffnen und Schliessen gestattet.
Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich ein Absperrorgan der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch, dass die beiden äusseren Dichtungen in Nuten des Schubrohres und die mittlere Dichtung in einer Umfangsnut der Zwischenwand des Innenrohres aufgenommen ist, dass in an sich bekannter Weise die Überströmöffnungen dreieckige Durchströmquerschnitte aufweisen, deren Spitzen zur mittleren Dichtung weisen, und dass die beim Schliessen auf die mittlere Dichtung auflaufende Begrenzungskante des Ringraumes mit keilförmigen Vertiefungen versehen ist, die bei in Sperrstellung überführtem Schubrohr mit ihren Spitzen zur mittleren Dichtung zeigen.
Die Anordnung der mittleren Dichtung auf dem Aussenumfang der Zwischenwand des Innenrohres in einer Nut führt im Zusammenwirken mit den dreieckig geformten beiderseits der Zwischenwand angeordneten Durchströmöffnungen beim Schliessen des Absperrorgans zur Vermeidung einer schlagartigen Absperrung der Durchströmquerschnitte. Stattdessen wird eine stufenlose Verkleinerung erzielt, während beim
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Öffnen des Absperrorgans zunächst die Spitzen der dreieckigen Durchströmquerschnitte freigegeben werden und sich die Durchströmquerschnitte der Überströmöffnungen allmählich vergrössern. Das Auftreten von Druckstössen und andern stossartigen Druckänderungen ist auf diese Weise vermieden.
Wenn zusätzlich auch die Begrenzungskante des Ringraumes mit keilförmigen Vertiefungen ausgerüstet ist, die in Richtung der mittleren Dichtung verlaufen, wenn das Schubrohr in die Sperrstellung überführt ist, dann tritt die endgültige Absperrung der Durchströmquerschnitte oder der Beginn der Freigabe besonders sanft und allmählich ein. Die Dreieckform der Überströmöffnungen kann somit sowohl allein verwendet werden als auch in Verbindung mit den keilförmigen Vertiefungen an der Begrenzungskante des Schubrohres. Es können aber ebenso auch die keilförmigen Vertiefungen allein verwendet werden, um den sanften stossfreien Öffnungs- oder Schliess vorgang des neuen Absperrorgans zu verwirklichen.
Bei Absperrorganen abweichender Bauart ist die Verwendung von dreieckigen Schlitzen zur Bildung von Drosselorganen bereits seit langer Zeit bekannt, ohne dass daraus die Möglichkeit abgeleitet wurde, auch Absperrorgane der in Rede stehenden Art mit Dreieckschlitzen auszurüsten.
Das neue Absperrorgan lässt sich jedoch gerade auf Grund der bereits erwähnten Ausrüstung mit Dreieckschlitzen auch als Drossel- oder Regel ventil verwenden. Das Schubrohr braucht dazu lediglich in Zwischenstellungen überführt zu werden, so dass die Überströmöffnungen oder keilförmigen Vertiefungen nur zum Teil freigegeben werden und somit die gewünschte Drosselung der Strömung bewirken. Ein feinfühliges Verschieben des Schubrohres, begünstigt durch die Anordnung der Dichtungen und deren Ausbildung als Rundschnurringe, ermöglicht daher eine stufenlos regelbare Drosselung im Bereich vom völligen Absperren der Strömung bis zur völligen Freigabe.
Sind zusätzlich zu der Dreiecksgestalt der Überström- öffnungen keilförmige Vertiefungen in der Begrenzungskante des Ringraumes des Schubrohres vorgesehen, dann lässt sich das neue Absperrorgan auch als Druckreduzierventil mit Feineinstellungsmöglichkeiten verwenden und es können hohe Drücke auf sehr niedrige reduziert werden.
Die mittlere Dichtung ist insbesondere dann, wenn das neue Absperrorgan als Drossel- oder Regeloder Reduzierventil verwendet wird, lang anhaltenden hohen Strömungskräften ausgesetzt. Um zu verhindern, dass die mittlere Dichtung unter dem Einfluss dieser hohen Kräfte aus ihrer Umfangsnut in der Zwischenwand des Innenrohres herausgerissen wird, sieht die Erfindung vor, dass diese Umfangsnut in an sich bekannter Weise schwalbenschwanzförmig ausgebildet ist.
Eine feinfühlige Einstellung des Schraubrohres auf Zwischenstellungen, in denen sich eine gewünschte Drosselwirkung ergibt, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch erzielt, dass ein Ende des Schubrohres verlängert ausgebildet und in an sich bekannter Weise mit einem Gewinde ausgerüstet ist, welches mit einem Gegengewinde des Innenrohres zusammenwirkt.
Die praktische Verwirklichung dieser Ausbildung lässt sich jeweiligen Forderungen weitgehend anpassen. Steht genügend axiale Einbaulänge für das neue Absperrorgan zur Verfügung, dann kann das Gewinde auf dem Aussenumfang des Innenrohres und das Gegengewinde am Schubrohr auf einer axialen Verlängerung desselben angebracht sein. Muss axiale Baulänge eingespart werden, dann kann das Schubrohr mit einem Aussengewinde ausgerüstet werden und am Innenrohr eine Gewindemuffe befestigt sein, die über das Schubrohr greift, wenn die beiden Gewinde zusammenwirken.
Die Aussenoberfläche des Schubrohres wird zweckmässigerweise geriffelt oder mit Vorsprüngen ausgestattet, damit Angriffspunkte zur Verdrehung des Schubrohres geschaffen werden, wenn die Gewinde zusammenwirken. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft ergibt sich bei der geschilderten Ausbildung dadurch, dass bei hinreichend grosser Bemessung der zusammenwirkenden Gewinde der gesamte Bewegungshub des Schubrohres von der Sperr- bis in die Offenstellung durch Betätigung des Gewindes überbrückt werden kann.
Wird das Schubrohr in einem solchen Fall mit einer Aussenverzahnung versehen, dann kann beispielsweise ein motorisch angetriebenes Ritzel mit einer Aussenverzahnung in Eingriff gebracht werden, und es lässt sich eine automatische Betätigung des neuen Absperrorgans erzielen. An Stelle eines getriebeartigen Zusammenwirkens einer Aussenverzahnung mit einem Ritzel können auch andere bekannte getriebliche Mittel, beispielsweise Riemenantriebe u. dgl., verwendet werden. Soll das neue Absperrorgan zusätzlich als fernbetätigtes, feinstufig regelbares Drosselventil verwendet werden, dann empfiehlt es sich, die zusammenwirkenden Gewinde als Feingewinde auszubilden.
Bei einer weiteren Ausbildung des neuen Absperrorgans sieht die Erfindung vor, dass die beiden Enden des Schubrohres als Ringkolben ausgebildet sind, die in jeweils einem auf dem Innenrohr befestigten Aussenzylinder aufgenommen sind und mit diesen Arbeitsglieder zur an sich bekannten pneumatischen oder hydraulischen Betätigung des Schubrohres bilden.
Bei dieser Ausbildung wird eine Fernbetätigung oder automatische Betätigung des Absperrorgans ermöglicht, ohne dass ein grosser baulicher Aufwand erforderlich ist und ohne dass die Abmessungen des
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Absperrorgans wesentlich vergrössert werden müssen. Da beim Bewegen des Schubrohres im wesentlichen lediglich die Reibungswiderstände zu überwinden sind, die durch die Rundschnurringe erzeugt werden, und dadurch, dass diese Reibungswiderstände von der Höhe des Druckes des Mediums nicht beeinflusst werden, ergibt sich die Möglichkeit, die Arbeitsglieder zur pneumatischen oder hydraulischen Betätigung des Schubrohres leicht auszubilden, weil nur sehr geringe Arbeitsdrücke erforderlich sind, um die Verschiebung des Schubrohres zu bewirken.
Ausführungsbeispiele, d. h. mehrere Ausgestaltungen des neuen Absperrorgans, das zugleich ein Drossel-und Regelventil bildet, sind in den Zeichnungen dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das neue Absperrorgan. Fig. 2 stellt einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 dar. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Form des neuen Absperrorgans. Fig. 4 stellt eine weitere Ausgestaltung des neuen Absperrorgans dar. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das Schubrohr des in Fig. 4 gezeigten Absperrorgans. Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des Absperrorgans in Verbindung mit einem mechanischen Stellantrieb. Fig. ? zeigt eine Frontansicht der in Fig. 6 gezeigten Anordnung. Fig. 8 stellt einen Längsschnitt durch eine weitere Ausgestaltung des neuen Absperrorgans dar. Fig. 9 zeigt das in Fig. 8 dargestellte Absperrorgan in einer andern Stellung.
Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Absperrorgan weist ein inneres Rohr 1 und ein äusseres Schubrohr 2 auf. Das innere Rohr 1 ist an seinen beiden Enden mit Gewinden 3 versehen, um das Absperrorgan mit Rohrleitungen verbinden zu können. Die an den Enden des Innenrohres 1 vorgesehenen Flansche 4 können mit Abflachungen (nicht dargestellt) versehen sein, um Mutterschlüsseln od. dgl. eine Angrifffläche beim Verbinden des Absperrorgans mit Rohrleitungen zu schaffen. Die Flansche können aber auch mit axial gerichteten Durchgangslöchern oder Gewindelöchern versehen sein, an welche Gegenflansche von Rohrleitungen angeschraubt werden können.
Das Innenrohr 1 ist mit einer Zwischenwand 5 versehen, die die Zuström-und Abströmöffnung des Innenrohres voneinander trennt. Bei der Ausführung des Absperrorgans, die in den Fig. l und 2 gezeigt ist, läuft die Zwischenwand 5 über kegelförmige Vorsprünge 6 in eine Trennwand 7 aus, die Durchströmöffnungen 8 aufweist. Zwischen denAnströmkegeln 6 und dem umgebenden Material des Innenrohres 1 befindet sich ein trichterförmiger Spaltraum 9, der in eine Überströmöffnung 10 ausmündet. Wie aus der Fig. 1 deutlich zu erkennen ist, befindet sich beiderseits der Zwischenwand 5 eine Überströmöffnung 10, die die Gestalt einer ringförmig das Innenrohr umgebenden Fuge aufweist.
Auf dem Aussenumfang der Zwischenwand 5 ist in einer schwalbenschwanzförmigen Nut 11 ein Rundschnurring oder O-Ring 12 angeordnet, der mit dem Schubrohr 2 zusammenwirkt, wenn sich dieses in der in Fig. 1 gezeigten Sperrstellung befindet. Wie aus der Figur deutlich zu erkennen ist, ist in dieser Sperrstellung eine Strömung durch das Innenrohr unterbunden.
Das Schubrohr 2 ist an seinen beiden Enden mit Innennuten trapez- oder schwalbenschwanzförmigenQuerschnittes 13 ausgerüstet. In jeder Innennut ist einRundschnurring 14 aufgenommen, der eine Abdichtung zwischen Innenrohr und Schubrohr bewirkt. Im Schubrohr ist ein Ringraum 15 ausgebildet, der die Überströmöffnungen 10 miteinander verbindet, wenn sich das Schubrohr 2 in der Offenstellung befindet. Die Querschnitte der trichterförmigen Überströmräume 9 und des Ringraumes 15 sind so bemessen, dass eine Drosselung der Strömung nicht eintritt, wenn sich das Schubrohr 2 in der Offenstellung befindet.
Schubrohr 2 und Innenrohr 1 sind relativ eng aufeinander in ihren Massen abgestimmt, so dass nur eine vernachlässigbar kleine Strömung entstehen kann, wenn die mit der mittleren Dichtung 12 zusammenwirkende Begrenzungskante 16 des Ringraumes beim Bewegen des Schubrohres 2 diese mittlere Dichtung 12 auf der Zwischenwand 5 passiert hat. Wird das Schubrohr aus der in Fig. l gezeig- ten Stellung weiter in Richtung auf die Offenstellung verschoben, so gelangt es allmählich in den Bereich der Überströmöffnung 10. Wird das Schubrohr 2 nicht voll in die Offenstellung überführt, sondern in einer Zwischenstellung belassen, in welcher die Überströmöffnung 10 von dem Schubrohr nur zu einem Teil freigegeben wird, so dass die Begrenzungskante 16 über der Überströmöffnung 10 verbleibt, dann findet eine Drosselung der Strömung statt.
Durch feinfühliges Verschieben des Schubrohres 2 in Richtung auf die Sperrstellung oder die Offenstellung lässt sich die Drosselung zwischen einer vollständigen Absperrung der Strömung und einer vollständigen Freigabe der Strömung feinfühlig regeln.
Aus der Fig. 1 ist zu erkennen, dass das Schubrohr 2 als beweglicher Teil des Absperrorgans sowohl in der gezeigten Sperrstellung druckentlastet ist als auch in der nicht gezeigten Offen- oder einer der beliebigen Drosselstellungen. Das Schubrohr des Absperrorgans braucht lediglich inRichtung der Pfeile 17 verschoben zu werden. Komplizierte Spindelantriebe od. ähnl. Einrichtungen zum Öffnen und Schliessen des Absperrorgans werden vermieden. Dadurch, dass die Rundschnurringe 12 und 14 in schwalben-
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schwanzförmigen Nuten aufgenommen sind, ist die Gewähr gegeben, dass sie auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten fest in ihren Nuten verbleiben und nicht von der Strömung mitgerissen werden. Dies trifft insbesondere für die mittlere Dichtung 12 zu, die insbesondere beim Drosseln einer Strömung stark belastet wird.
Die beiden äusseren Dichtungen 14 werden von der Strömung nicht beansprucht und können durch die Aufpassung des Schubrohres 2 auf das Innenrohr 1 auch dann nicht aus den Nuten 13 heraustreten, wenn diese nicht schwalbenschwanzförmig ausgebildet sind. Um das Schubrohr 2 auf das Innenrohr aufsetzen zu können, muss das Innenrohr zweiteilig ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Trennstelle in die Zwischenwand 5 verlegt. Die Zwischenwand 5 trägt eine Gewindebohrung 18, in welche ein Gewindebolzen 19 eingeschraubt wird, der Teil des zweiten Teiles des Innenrohres ist, während die Zwischenwand 5 einstückig mit dem andern Teil des Innenrohres 1 ausgebildet ist.
Eine abgewandelte Ausführung des Absperrorgans zeigt Fig. 3. Bei dieser Ausbildung ist das Innenrohr 1 beiderseits der Zwischenwand 5 mit Überströmöffnungen 20 versehen, die im Gegensatz zu der Ausführung gemäss Fig. 1 keinen in sich geschlossenen Ringspalt bilden, sondern die einzelne separate Öffnungen oder Durchbrüche der Wandung des Innenrohres 1 darstellen. Diese Überströmöffnungen 20 sind im Querschnitt dreieckig ausgebildet und so angeordnet, dass die Spitzen der Dreiecksform in Richtung auf die Zwischenwand 5 zeigen. Das Absperrorgan ist in Fig. 3 in der Sperrstellung dargestellt.
Wird es in Richtung auf die Offenstellung bei Betrachtung der Fig. 3 nach links verschoben, dann gibt die Begrenzungskante 16 des Ringraumes 5 je nachdem, wie weit das Schubrohr 2 in Richtung auf die Offenstellung verschoben wird, nur einen mehr oder weniger grossen Teil der dreieckigen Überström- öffnungen 20 frei, wobei eine sehr feinfühlige stufenlose Steigerung der Strömungsfreigabe möglich ist, weil sich beim Verschieben des Schubrohres 2 die Strömungsquerschnitte nur allmählich vergrössern.
Im gezeigten Beispiel in Fig. 3 ist die Zwischenwand 5 mit ebenen Stirnflächen gezeigt. Sie kann aber auch, wie in strichpunktierten Linien angedeutet, mit kegelförmigen Anlaufspitzen versehen sein, um eine Begünstigung der Strömung zu erzielen.
In den Fig. 6 und 7 ist ein Absperrorgan gezeigt, bei dem das Innenrohr mit einer Verlängerung 21 ausgerüstet ist, die ein Gewinde trägt, welches mit einer entsprechenden und mit Gewinde ausgerüsteten Verlängerung 22 des Schubrohres 2 zusammenwirkt. Ein Verdrehen des Schubrohres 2 führt durch die zusammenwirkenden Gewinde 21,22 zu einer Bewegung des Schubrohres 2 in Richtung der Pfeile 23. Wenn die beiden zusammenwirkenden Gewinde als Feingewinde ausgebildet sind, dann ergibt sich eine sehr einfache Möglichkeit, Drosselstellungen des Absperrorgans mit grosser Genauigkeit einzustellen. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, die Aussenoberfläche des Schubrohres 2 mit einer Riffelung oder Rändelung zu versehen, um eine Oberfläche zu schaffen, die griffig ist.
Die zusammenwirkenden Gewinde 21 und 22 können in ihrer axialenLänge so bemessen sein, dass das Schubrohr 2 nur im Bereich der Sperrstellung mittels Gewinde bewegt werden kann, während beim Überführen in die Offenstellung die Gewinde ausser Eingriff treten und das Schubrohr frei verschiebbar ist. Werden die Gewinde hingegen so bemessen, dass sich das Schubrohr aus der Offenstellung bis in die Sperrstellung hinein unter dem Einfluss der zusammenwirkenden Gewinde bewegt, dann lässt sich das Absperrorgan mittels eines Stellantriebes 24, beispielsweise ferngesteuert, betätigen, wenn die Aussenoberfläche mit einer Verzahnung 25 versehen ist, in die ein Ritzel oder Zahnrad 26 eingreift, das vom Stellantrieb 24 betätigt wird.
Bei einem Feingewinde 21,22 und entsprechender Dimensionierung des Zahnrades 26 und der Verzahnung 25 lassen sich auch beliebige Drosselstellungen durch Fernsteuerung bequem einstellen.
Bei dem in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel des neuen Absperrorgans sind die Überströmöffnungen 27 des Innenrohres 1 nicht im Querschnitt dreieckig, sondern rund ausgebildet. Um trotzdem eine feinstufige Drosselung zu ermöglichen, sind an der Begrenzungskante 16 des Ringraumes 15 keilförmige Vertiefungen 28 angeordnet, die mit ihren Spitzen 29'in Richtung auf die mittlereDichtung 12 weisen, wenn sich das Schubrohr 2 in der in der Fig. 4 gezeigten Sperrstellung befindet. In der Fig. 5 sind die keilförmigen Vertiefungen 28 in Draufsicht zu erkennen. Bei der Betrachtung der Fig. 4 wird deutlich, dass die Wirkung, die sich durch die keilförmigen Vertiefungen 28 ergibt, vergleichbar ist mit der Wirkung der dreieckigen Gestalt der Überströmquerschnitte bei der Ausbildung des Absperrorgans gemäss Fig. 5.
Wird nämlich das Schubrohr 2 allmählich in Richtung auf die Offenstellung verschoben, dann treten zunächst die Spitzen der keilförmigen Vertiefungen 28 in den Bereich der Überströmöffnungen 27 und gestatten eine gedrosselte begrenzte Öffnung des Mediums. Je weiter das Schubrohr 2 in Richtung auf die Offenstellung verschoben wird, um so grösser werden die freien Durchströmquerschnitte und um so geringer wird die Drosselwirkung. Ist das Schubrohr 2 voll in
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Offenstellung überführt, dann beeinträchtigen die keilförmigen VertiefungenAuch bei dieser Ausbildung kann die Zwischenwand 5 mit kegelförmigen Anlaufspitzen versehen werden.
Wie aus Fig. 8 und 9 zu erkennen ist, können die keilförmigen Vertiefungen 28 des Schubrohres 2 und die dreieckförmigen Überströmquerschnitte 20 des Innenrohres 1 auch in Kombination verwendet werden. Bei der kombinierten Anwendung dieser Überströmöffnungen 20 und keilförmigen Vertiefungen 28 addieren sich die Wirkungen, die die keilförmigen Vertiefungen 28 und die dreieckförmigen Überströmquerschnitte 20 allein zur Folge haben.
Von besonderer Bedeutung ist, dass durch beide Massnah- men, nämlich durch Anwendung der dreieckigen Überströmquersehnitte 20 und/oder Anwendung der keil- förmigen Vertiefungen 28 im Schubrohr 2 das Entstehen von Druckstössen im strömenden Medium vermieden wird, u. zw. auch dann, wenn das Schubrohr 2 mit grosser Geschwindigkeit aus der Offenstellung in die Sperrstellung oder umgekehrt bewegt wird. Das Entstehen solcher Druckstösse beim schnellen Schlie- ssen von Absperrorganen zwang bisher zu aufwendigen Sicherheitsmassnahmen.
Da solche Druckstösse durch die Ausbildung des neuen Absperrorgans nicht auftreten können und der bewegliche Teil des Absperrorgans, nämlich das Schubrohr 2, in jeder Stellung druckentlastet ist, können zu seiner Betätigung hydraulische oder pneumatische Arbeitsglieder 29,30 verwendet werden, die mit nur geringen Drücken arbeiten. Bei dem in Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel bilden die Stirnseiten 31, 32 des Schubrohres 2 über Dichtungen 33 Ringkolben, die in einem Ringzylinder 34, 34 gleitend aufgenommen sind. Die Ringzylinder 34 stehen über Rohrleitungen 35 unter Zwischenschaltung nicht gezeigter Steuerventile mit einer Druckquelle in Verbindung.
Wird dem rechten Arbeitsglied bei Betrachtung der Fig. 8 über das Rohr 35 Druck zugeführt, dann wird das Schubrohr 2 aus der Sperrstellung in die Stellung geführt, die in Fig. 9 gezeigt ist und die die Offenstellung des Schubrohres 2 darstellt. Um das Schubrohr 2 aus der Offenstellung wieder in die Sperrstellung zu überführen, muss lediglich dem linken Arbeitsglied bei Betrachtung der Fig. 9 Druckmedium zugeführt werden.
Durch entsprechende Ausbildung der Steuerorgane für die Arbeitsglieder 34 lassen sich auch Zwischenstellungen des Schubrohres 2 einstellen, wenn eine Drosselung der Strömung gewünscht ist. Das Schubrohr 2 kann aber auch zusätzlich mit einem Aussengewinde ausgerüstet sein, das beispielsweise im Bereich der Sperrstellung mit einem nicht gezeigten Gegengewinde in Eingriff tritt und das dann über einen Stellantrieb, wie er in Fig. 6 und 7 gezeigt ist, eine Feineinstellung der Drosselung ermöglicht.
Zur Herstellung des Innenrohres und des Schubrohres können beliebige, den jeweiligen strömenden Medien angepasste Werkstoffe, wie beispielsweise Guss, Stahlguss, Bronze, Leichtmetallegierungenund auch Kunststoffe, verwendet werden. Als Material für die O-Ringe eignen sich vorzugsweise Werkstoffe, wie der Kunststoff Tetrafluoräthylen. Das neue Absperrorgan lässt sich, ohne hohe Stellkräfte zu benötigen, für unter sehr hohem Druck stehende Medien verwenden und infolge der stossfreien Überführung in die Sperrstellung und Offenstellung auch für Medien einsetzen, die mit sehr hoher Geschwindigkeit strömen.
Die Stellkräfte, die zum Bewegen des Schubrohres 2 erforderlich sind, sind im wesentlichen ausschliesslich vom Reibungswiderstand der Rundschnurringe abhängig, welcher wieder von der Wahl des Werkstoffes, aus dem die Rundschnurringe bestehen, und dem Werkstoff des Schubrohres und Innenrohres abhängig ist.
Da das Schubrohr druckentlastet ist, ändert sich der Reibwiderstand nicht unter dem Einfluss des Druckes, in welchem das abzusperrende oder zu drosselnde Medium steht. Das Innenrohr 1 braucht zum Aufschieben des Schubrohres 2 nicht, wie bereits beschrieben, zweiteilig ausgebildet zu sein. Es kann statt dessen auch einer der Flansche 4 (s. Fig. l, 3 und 4) oder ein Aussenzylinder 33 (s. Fig. 8 und 9) lösbar ausgebildet sein.
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Shut-off device for gaseous or liquid media
The invention relates to a shut-off device for gaseous and liquid media, in which a thrust pipe with an inner annular space is held on an inner pipe with an intermediate wall and overflow openings arranged on both sides of the wall and in which two O-rings as the outer and one O-ring as the middle seals between the inner tube and the Thrust tube are provided.
Shut-off elements of the type mentioned at the beginning are characterized in that the inner pipe can be permanently installed in the course of a pipeline and that only the outer thrust pipe is present as the moving part. If, with these known shut-off devices, it is ensured that the push tube is relieved of pressure in the open and the blocking position, then no high force is required to operate the push tube even when the medium is under high pressure. When the thrust tube is actuated, it is only necessary to overcome the frictional resistance that is caused by the two outer and inner seals between the inner tube and the thrust tube.
Complicated actuating spindles or other technically complex devices that are required in other shut-off devices of a different design in order to overcome the pressures of the medium or to transmit an actuating movement to the movable member arranged inside these known organs and the numerous seals are used in a shut-off device of the type mentioned above Kind of avoided.
In the case of the known shut-off devices of the type mentioned at the outset, a sudden shut-off or re-release of the flow cross-sections for the medium is effected when they are opened or closed. Such sudden opening can lead to a sudden pressure drop in the medium, which is often undesirable. However, the sudden shut-off of the flow cross-sections is often dangerous because pressure surges occur at high flow velocities of the medium. The level of this sudden increase in pressure often exceeds permissible safety limits.
The invention is based on the object of avoiding the described disadvantages of a shut-off device of the type mentioned at the outset and of designing it in such a way that it has a long service life with a simple structure and also allows the flow cross-sections to be gradually shut off and released again when opening and closing.
To solve this problem, a shut-off element of the type mentioned is characterized according to the invention in that the two outer seals are received in grooves in the thrust tube and the middle seal is received in a circumferential groove in the intermediate wall of the inner tube, so that the overflow openings have triangular flow cross-sections in a manner known per se, the tips of which point towards the central seal, and that the delimiting edge of the annular space that runs onto the central seal when it is closed is provided with wedge-shaped depressions which, when the push tube is moved into the blocking position, point with their tips to the central seal.
The arrangement of the middle seal on the outer circumference of the intermediate wall of the inner tube in a groove, in cooperation with the triangular-shaped flow openings arranged on both sides of the intermediate wall, prevents the flow cross-sections from being suddenly blocked when the shut-off device is closed. Instead, a stepless reduction is achieved during the
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When the shut-off element is opened, the tips of the triangular flow cross-sections are first released and the flow cross-sections of the overflow openings gradually increase. The occurrence of pressure surges and other sudden pressure changes is avoided in this way.
If, in addition, the boundary edge of the annulus is equipped with wedge-shaped depressions that run in the direction of the central seal when the thrust tube is moved into the blocking position, then the final shut-off of the flow cross-sections or the start of the release occurs particularly gently and gradually. The triangular shape of the overflow openings can thus be used both alone and in conjunction with the wedge-shaped depressions on the boundary edge of the thrust tube. However, the wedge-shaped depressions can also be used on their own in order to realize the smooth, smooth opening or closing process of the new shut-off element.
In the case of shut-off devices of a different design, the use of triangular slots to form throttle devices has been known for a long time without the possibility of equipping shut-off devices of the type in question with triangular slots.
The new shut-off device can, however, also be used as a throttle or control valve, precisely because of the triangular slots already mentioned. The thrust tube only needs to be moved into intermediate positions so that the overflow openings or wedge-shaped depressions are only partially released and thus effect the desired throttling of the flow. A sensitive movement of the thrust tube, facilitated by the arrangement of the seals and their design as O-rings, therefore enables infinitely variable throttling in the range from complete blocking of the flow to complete release.
If, in addition to the triangular shape of the overflow openings, wedge-shaped depressions are provided in the boundary edge of the annular space of the thrust tube, then the new shut-off device can also be used as a pressure reducing valve with fine adjustment options and high pressures can be reduced to very low.
The middle seal is exposed to long-lasting high flow forces, especially when the new shut-off element is used as a throttle or regulating or reducing valve. In order to prevent the middle seal from being torn out of its circumferential groove in the intermediate wall of the inner tube under the influence of these high forces, the invention provides that this circumferential groove is dovetail-shaped in a manner known per se.
A sensitive setting of the screw tube to intermediate positions, in which a desired throttling effect results, is achieved according to a further feature of the invention that one end of the thrust tube is designed to be elongated and equipped in a known manner with a thread which has a mating thread of the Inner tube cooperates.
The practical implementation of this training can largely be adapted to the respective requirements. If there is sufficient axial installation length available for the new shut-off element, the thread can be attached to the outer circumference of the inner tube and the mating thread can be attached to the thrust tube on an axial extension of the latter. If axial length has to be saved, the push tube can be equipped with an external thread and a threaded sleeve can be attached to the inner tube, which engages over the push tube when the two threads interact.
The outer surface of the push tube is expediently grooved or provided with projections so that points of application for twisting the push tube are created when the threads interact. A further advantageous property results from the described design in that, given a sufficiently large dimensioning of the interacting thread, the entire movement stroke of the push tube from the blocking to the open position can be bridged by actuating the thread.
If the thrust tube is provided with external teeth in such a case, then, for example, a motor-driven pinion can be brought into engagement with external teeth, and automatic actuation of the new shut-off element can be achieved. Instead of a gear-like interaction of an external toothing with a pinion, other known gear means, such as belt drives and the like can also be used. Like., can be used. If the new shut-off element is also to be used as a remotely operated, finely adjustable throttle valve, then it is advisable to design the interacting threads as fine threads.
In a further embodiment of the new shut-off element, the invention provides that the two ends of the thrust tube are designed as annular pistons, which are each received in an outer cylinder attached to the inner tube and with these form working members for the known pneumatic or hydraulic actuation of the thrust tube.
In this design, remote actuation or automatic actuation of the shut-off element is made possible without a great structural effort being required and without the dimensions of the
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Shut-off organ must be significantly enlarged. Since when moving the thrust tube essentially only the frictional resistances that are generated by the O-rings need to be overcome, and because these frictional resistances are not influenced by the level of the pressure of the medium, there is the possibility of using the working members for pneumatic or hydraulic actuation the push tube easy to train because only very low working pressures are required to effect the displacement of the push tube.
Embodiments, d. H. Several configurations of the new shut-off element, which at the same time forms a throttle and control valve, are shown in the drawings. Fig. 1 shows a longitudinal section through the new shut-off device. FIG. 2 shows a section along the line 2-2 in FIG. 1. FIG. 3 shows a longitudinal section through a modified form of the new shut-off element. FIG. 4 shows a further embodiment of the new shut-off element. FIG. 5 shows a section through the push tube of the shut-off element shown in FIG. Fig. 6 shows a side view of the shut-off element in connection with a mechanical actuator. Fig.? FIG. 6 shows a front view of the arrangement shown in FIG. FIG. 8 shows a longitudinal section through a further embodiment of the new shut-off element. FIG. 9 shows the shut-off element shown in FIG. 8 in a different position.
The shut-off device shown in FIGS. 1 and 2 has an inner tube 1 and an outer thrust tube 2. The inner tube 1 is provided with threads 3 at its two ends in order to be able to connect the shut-off element to pipelines. The flanges 4 provided at the ends of the inner tube 1 can be provided with flattened areas (not shown) in order to create a gripping surface when the shut-off element is connected to pipelines. The flanges can, however, also be provided with axially directed through holes or threaded holes, onto which counter flanges of pipelines can be screwed.
The inner pipe 1 is provided with an intermediate wall 5 which separates the inflow and outflow openings of the inner pipe from one another. In the embodiment of the shut-off device, which is shown in FIGS. 1 and 2, the intermediate wall 5 runs out via conical projections 6 into a partition 7 which has throughflow openings 8. Between the inflow cones 6 and the surrounding material of the inner tube 1 there is a funnel-shaped gap 9 which opens into an overflow opening 10. As can be clearly seen from FIG. 1, there is an overflow opening 10 on both sides of the intermediate wall 5, which has the shape of an annular joint surrounding the inner tube.
An O-ring or O-ring 12 is arranged in a dovetail-shaped groove 11 on the outer circumference of the partition 5 and cooperates with the thrust tube 2 when it is in the blocking position shown in FIG. As can be clearly seen from the figure, a flow through the inner tube is prevented in this blocking position.
The push tube 2 is equipped with internal grooves of trapezoidal or dovetail-shaped cross-section 13 at both ends. An O-ring 14 is received in each inner groove, which creates a seal between the inner tube and the thrust tube. An annular space 15 is formed in the thrust tube which connects the overflow openings 10 to one another when the thrust tube 2 is in the open position. The cross sections of the funnel-shaped overflow spaces 9 and of the annular space 15 are dimensioned such that the flow does not throttle when the thrust tube 2 is in the open position.
Thrust tube 2 and inner tube 1 are relatively closely matched to one another in terms of their masses, so that only a negligibly small flow can arise if the boundary edge 16 of the annular space interacting with the middle seal 12 passes this middle seal 12 on the partition 5 when the thrust tube 2 is moved Has. If the push tube is shifted further from the position shown in FIG. 1 in the direction of the open position, it gradually reaches the area of the overflow opening 10. If the push tube 2 is not fully transferred into the open position, but left in an intermediate position, in which the overflow opening 10 is only partially released by the thrust tube, so that the delimiting edge 16 remains above the overflow opening 10, the flow is then throttled.
By delicately moving the thrust tube 2 in the direction of the blocking position or the open position, the throttling can be sensitively regulated between a complete blocking of the flow and a complete release of the flow.
From Fig. 1 it can be seen that the thrust tube 2, as a movable part of the shut-off element, is relieved of pressure both in the blocking position shown and in the open position (not shown) or any of the throttle positions. The thrust pipe of the shut-off element only needs to be moved in the direction of the arrows 17. Complicated spindle drives or similar. Devices for opening and closing the shut-off device are avoided. The fact that the O-rings 12 and 14 in dovetail
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Tail-shaped grooves are added, there is a guarantee that they remain firmly in their grooves even at high flow speeds and are not carried away by the flow. This applies in particular to the middle seal 12, which is particularly stressed when throttling a flow.
The two outer seals 14 are not stressed by the flow and, because the thrust tube 2 fits onto the inner tube 1, they cannot emerge from the grooves 13 even if they are not dovetailed. In order to be able to place the push tube 2 on the inner tube, the inner tube must be designed in two parts. In the exemplary embodiment shown, the separation point is moved into the partition 5. The intermediate wall 5 has a threaded hole 18 into which a threaded bolt 19 is screwed, which is part of the second part of the inner tube, while the intermediate wall 5 is formed in one piece with the other part of the inner tube 1.
A modified embodiment of the shut-off element is shown in FIG. 3. In this embodiment, the inner tube 1 is provided on both sides of the partition 5 with overflow openings 20 which, in contrast to the embodiment according to FIG. 1, do not form a closed annular gap, but rather the individual separate openings or openings represent the wall of the inner tube 1. These overflow openings 20 are triangular in cross section and are arranged such that the tips of the triangular shape point in the direction of the partition 5. The shut-off element is shown in the blocking position in FIG. 3.
If it is shifted to the left in the direction of the open position when looking at FIG. 3, then the boundary edge 16 of the annular space 5, depending on how far the thrust tube 2 is shifted towards the open position, only a more or less large part of the triangular Overflow openings 20 free, with a very sensitive, stepless increase in the flow release being possible because the flow cross-sections only increase gradually when the thrust tube 2 is displaced.
In the example shown in FIG. 3, the intermediate wall 5 is shown with flat end faces. However, as indicated in dash-dotted lines, it can also be provided with conical run-up tips in order to favor the flow.
6 and 7 show a shut-off element in which the inner tube is equipped with an extension 21 which carries a thread which cooperates with a corresponding extension 22 of the push tube 2 which is equipped with a thread. A rotation of the thrust tube 2 leads to a movement of the thrust tube 2 in the direction of arrows 23 through the interacting threads 21.22. If the two interacting threads are designed as fine threads, then there is a very simple possibility of adjusting the throttle positions of the shut-off element with great accuracy . For this purpose, it is advisable to provide the outer surface of the thrust tube 2 with corrugation or knurling in order to create a surface that is easy to grip.
The axial length of the interacting threads 21 and 22 can be dimensioned such that the push tube 2 can only be moved in the area of the locking position by means of a thread, while the threads disengage when moving into the open position and the push tube is freely displaceable. If, on the other hand, the threads are dimensioned so that the thrust tube moves from the open position into the blocking position under the influence of the interacting thread, then the shut-off device can be actuated by means of an actuator 24, for example remotely, if the outer surface is provided with a toothing 25 is in which a pinion or gear 26 engages, which is actuated by the actuator 24.
With a fine thread 21, 22 and corresponding dimensioning of the gear wheel 26 and the toothing 25, any desired throttle positions can also be conveniently set by remote control.
In the exemplary embodiment of the new shut-off element shown in FIGS. 4 and 5, the overflow openings 27 of the inner pipe 1 are not triangular in cross-section, but are round. In order to nevertheless enable a finely graded throttling, wedge-shaped depressions 28 are arranged on the boundary edge 16 of the annular space 15, the tips 29 'of which point in the direction of the central seal 12 when the thrust tube 2 is in the blocking position shown in FIG . In FIG. 5, the wedge-shaped depressions 28 can be seen in plan view. When looking at FIG. 4, it becomes clear that the effect resulting from the wedge-shaped depressions 28 is comparable to the effect of the triangular shape of the overflow cross-sections in the design of the shut-off element according to FIG. 5.
If the thrust tube 2 is gradually displaced in the direction of the open position, the tips of the wedge-shaped depressions 28 first enter the area of the overflow openings 27 and allow a restricted, restricted opening of the medium. The further the thrust tube 2 is moved in the direction of the open position, the larger the free flow cross-sections and the lower the throttling effect. Is the thrust tube 2 fully in
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The wedge-shaped depressions then impair the open position. In this embodiment too, the partition 5 can be provided with conical run-on tips.
As can be seen from FIGS. 8 and 9, the wedge-shaped recesses 28 of the thrust tube 2 and the triangular overflow cross-sections 20 of the inner tube 1 can also be used in combination. In the combined use of these overflow openings 20 and wedge-shaped depressions 28, the effects that the wedge-shaped depressions 28 and the triangular overflow cross-sections 20 alone result in add up.
It is of particular importance that the occurrence of pressure surges in the flowing medium is avoided by both measures, namely by using the triangular overflow cross-section 20 and / or using the wedge-shaped depressions 28 in the thrust tube 2, and between. Even when the push tube 2 is moved at high speed from the open position into the locked position or vice versa. The occurrence of such pressure surges when shut-off devices are closed quickly has made it necessary to take complex safety measures.
Since such pressure surges cannot occur due to the formation of the new shut-off element and the movable part of the shut-off element, namely the thrust tube 2, is relieved of pressure in every position, hydraulic or pneumatic working members 29, 30, which work with only low pressures, can be used for its actuation . In the exemplary embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the end faces 31, 32 of the thrust tube 2 form, via seals 33, annular pistons which are slidably received in an annular cylinder 34, 34. The ring cylinders 34 are connected to a pressure source via pipelines 35 with the interposition of control valves (not shown).
If pressure is supplied to the right working member via the pipe 35 when looking at FIG. 8, the push pipe 2 is guided out of the blocking position into the position which is shown in FIG. 9 and which represents the open position of the push pipe 2. In order to move the thrust tube 2 from the open position back into the blocking position, pressure medium only has to be fed to the left working element when looking at FIG. 9.
By appropriately designing the control members for the working members 34, intermediate positions of the thrust tube 2 can also be set if a throttling of the flow is desired. The thrust tube 2 can also be equipped with an external thread which, for example, engages a counter-thread (not shown) in the area of the blocking position and which then enables fine adjustment of the throttling via an actuator, as shown in FIGS. 6 and 7 .
Any materials that are matched to the respective flowing media, such as cast iron, cast steel, bronze, light metal alloys and also plastics, can be used to manufacture the inner tube and the push tube. Materials such as the plastic tetrafluoroethylene are preferably suitable as the material for the O-rings. The new shut-off device can be used for media that are under very high pressure without the need for high actuating forces and, thanks to the smooth transfer to the blocked position and open position, it can also be used for media that flow at very high speeds.
The actuating forces required to move the thrust tube 2 are essentially exclusively dependent on the frictional resistance of the O-rings, which in turn depends on the choice of the material from which the O-rings are made and the material of the thrust tube and inner tube.
Since the thrust tube is relieved of pressure, the frictional resistance does not change under the influence of the pressure in which the medium to be shut off or throttled is located. The inner tube 1 does not need to be constructed in two parts, as already described, in order to push on the thrust tube 2. Instead, one of the flanges 4 (see FIGS. 1, 3 and 4) or an outer cylinder 33 (see FIGS. 8 and 9) can also be designed to be detachable.
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