CH237241A - Ball valve. - Google Patents

Ball valve.

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CH237241A
CH237241A CH237241DA CH237241A CH 237241 A CH237241 A CH 237241A CH 237241D A CH237241D A CH 237241DA CH 237241 A CH237241 A CH 237241A
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CH
Switzerland
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rotating body
ball valve
negative pressure
valve according
flow
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German (de)
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Aktiengesell Maschinenfabriken
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Escher Wyss Maschf Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K39/00Devices for relieving the pressure on the sealing faces
    • F16K39/06Devices for relieving the pressure on the sealing faces for taps or cocks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/06Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor
    • F16K5/0605Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor with particular plug arrangements, e.g. particular shape or built-in means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Taps Or Cocks (AREA)

Description

  

      Ilugelsehieber.       Um     Kugels-ehieber,    wie sie zum Beispiel  als Absperrorgane bei Wasserkraftanlagen in  die     Rohrleitungen    eingebaut werden, zu be  tätigen, das heisst zu öffnen und zu schliessen,  sind     grosse    Antriebsmomente von einem ent  sprechenden Antriebsmechanismus     auf    die  Welle des Kugelschiebers zu     übertragen.    Die       Kräfte,    welche die auf den Drehkörper des  Schiebers wirkenden hydraulischen     Momente     erzeugen, rühren zum Teil von der kompli  zierten Umströmung des     Drehkörpers    des       Kugels.chiebere    her.

   Sie sind durch die ver  schiedenen !Strömungsgeschwindigkeiten an  den verschiedenen Stellen des Schiebers und  der dadurch     verursachten        ungleichen    Druck  verteilungen     bedingt    und können je nach dem       Öffnungswinkel    des Drehkörpers sehr ver  schieden sein..  



  In     Fig.    1 der     beiliegenden    Zeichnung     ist     zum Beispiel die     Druckverteilung    im mitt  leren     Längsschnitt    eines     Kugelschieberdreh-          körpers    bei einem Öffnungswinkel a von 10   dargestellt.

   In     diese    Figur sind die vier         Momentanteile        M',        M2,    Mg und     M4    eingezeich  net, aus denen sich das auf den Drehkörper       einwirkende        hydraulische    Moment     ergibt.    In       F'ig.    2 ist     die    Kurve .des Momentkoeffizienten       K    in     Funktion    des     Öffnungswinkels:

      a ein  getragen.     Dieser    Figur lässt sich     entnehmen,     dass der     Koeffizient        K    für     Öffnungswinkel     des Drehkörpers von     V-10'    sehr ausgeprägte  Spitzenwerte aufweist.

   Das     hängt    damit zu  sammen,     @dass,    die Strömung bei teilweiser  Öffnung des Drehkörpers im untern Teil des  selben durch dessen scharfe Kante plötzlich  stark     abgelenkt        wird,    so dass am     Eintritt    an  der untern     Innenfläche    des Drehkörpers eine  starke     relative        Unterdruckbildung        entsteht.     



  Bisher kannte man über die     betreffenden          Erscheinungen    und die damit zusammen  hängenden     Kräfte    recht wenig. Erst auf  Grund neuer     Untersuchungen    über die     Druck-          verteilung    an solchen Schiebern bei ver  schiedenen Betriebszuständen (vergleiche       "Escher-Wyss-Mitteilungen",    1942, S. 19,6)  ist man sich erstmalig über die     vorstehend         dargelegten Vorgänge an Kugelschiebern klar  g     eworden.     



  Zweck der Erfindung     ist    nun, einen       Kugelschieber    zu schaffen, zu dessen Be  tätigung bei vollkommener     Betriebssicherheit:     ein möglichst kleines     Antriebsmoment    nötig       ist.    Je kleiner aber das hydraulische     -Moment     ist, das von den Wasserkräften auf den Dreh  körper     ausgeübt    wird, desto kleiner     können     auch der     Antriebsmechanismus,    die     Wellen,          Ölpumpen    und dergleichen gehalten werden,  was zu wesentlichen Einsparungen an Mate  rial und zur Verbilligung des Betriebes führt.

    Durch Versuche wurde festgestellt, dass das       bei    der Verstellung des     Drehkörpers    zu über  -windende maximale Drehmoment ganz be  deutend, und zwar bis auf     s/3    des früher  als unvermeidlich angesehenen vermindert  werden kann, wenn dafür gesorgt wird,  dass die relativen Unterdruckgebiete an  der strombestrichenen Innenfläche des     Ku-          gelschieberdrehkörpers    möglichst verklei  nert werden.

   Vor allem ist es wichtig,  dass der relative Unterdruck. welcher sieh  bei der     Drehkörperstellung    mit     maximalem     hydraulischem Moment auf der     Innenseite     des     Drehkörpers    vorne bildet, verkleinert  wird. Dieser relative Unterdruck ist nämlich  die     Hauptursache    des grossen hydraulischen       Momentes.     



  Um den erwähnten Feststellungen Rech  nung zu tragen, :sind nun am Drehkörper des  Kugelschiebers gemäss vorliegender Erfin  dung Mittel vorgesehen, welche den in den  verschiedenen Zwischenstellungen des Dreh  körpers an dessen strombestrichener Innen  fläche auftretenden     relativen    Unterdruck zu  verkleinern und damit auch das auf diesen  Körper wirkende hydraulische     -Moment    her  abzumindern gestatten.

   Zweckmässig können  die     erwähnten    Mittel in Öffnungen bestehen,  die es .dem Strömungsmittel in Zwischenstel  lungen des Drehkörpers ermöglichen, aus  Überdruckgebieten in     Unterdruelzgebiete    zu  strömen, die an der Innenfläche des     Dreh-          körpers    vorhanden sind.  



  Auf der Zeichnung sind verschiedene Aus-    Führungsformen des Erfindungsgegenstandes  beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt:       F'ig.    3 einen mittleren Längsschnitt durch  einen     Kugelschieberdrehkörper,    bei     dem        .der          untere        Teil    der Eintrittskante     zackenförmig     ausgebildet ist,     und;          Fig.    4 und 5 zeigen mittlere Längsschnitte  durch     Kegelschieberkörper,    in denen zum  Druckausgleich an ihrer strombestrichenen  Innenfläche Öffnungen vorgesehen sind.  



  In     Fig.3    bezeichnet 1 den Drehkörper  eines     hu;grelschiebers,    dessen übrige Teile der  Einfachheit halber nicht dargestellt sind,  und 2 ist eine Leitung, in die der Kugel  schieber eingebaut ist und die vom Wasser  in Richtung des Pfeils A     durchströmt    wird.  In der Hälfte des Drehkörpers 1, die beim  Schliessen des letzteren gegen die Strömungs  richtung     bewegt    wird, sind am untern Teil  der Eintrittskante 3 Zacken 4     vorgesehen.     Durch diese Zacken 4 wird in den Zwischen  stellungen des Drehkörpers 1 eine Strömungs  ablösung im untern, vordern Teil dieses Kör  pers 1 gebrochen, so dass dort ein verkleinerter  Unterdruck auftritt.  



  Bei dem in     Fig.4        gezeigten        Drehkörper     > sind im     vordern    Teil der     Drehkörperhälfte,     welche     lxim    Schliessen des     Drehkörpers    gegen  die     Strömungsrichtung    bewegt wird, durch  Kanäle.     G    gebildete Öffnungen vorgesehen,  durch die in     Zwischenstellungen    des Dreh  körpers 5 Wasser aus einem     Überdruckgebiet     7 in Unterdruckgebiete an der strombestriche  nen Innenfläche des Drehkörpers 5 strömen  kann.  



  Bei dem in     Fig.    5 gezeigten     Kugelschie-          berdrehkörper    8 ist im Innern desselben ein       Hohlraum    9 vorgesehen, der durch eine  Gruppe     van    Öffnungen 10 mit einem     Unter-          druckgebiet    an     der    strombestrichenen Innen  fläche des Drehkörpers 8 und durch eine  weitere Gruppe von Öffnungen 1.1 mit einem       Überdrtpckgebiet    im     Innern    des Drehkörpers  8 in     Verbindung    steht.

   Durch -die     Öffnungen     10 und 1.1     sowie    den     Hohli;aum    9 kann nun       Flüssigkeit        .aus    einem     Ülberdrucl,:gebiet    nach  einem     Unterdruckgebiet    strömen, wodurch       hohe        relative        Unterdrücke    an der strom-      bestrichenem Innenfläche des Drehkörpers 8  verkleinert werden.  



       Kugelschieber    nach der Erfindung lassen  sich sowohl in hydraulischen als auch Gas  leitungen einbauen.



      Ilugelshieber. In order to operate, i.e. to open and close, ball valves, such as those installed in the pipelines as shut-off devices in hydropower plants, large drive torques must be transmitted from a corresponding drive mechanism to the shaft of the ball valve. The forces that generate the hydraulic torques acting on the rotating body of the slide are due in part to the complicated flow around the rotating body of the Kugels.chiebere.

   They are due to the different flow velocities at the different points of the slide and the resulting uneven pressure distributions and can be very different depending on the opening angle of the rotating body.



  In Fig. 1 of the accompanying drawing, for example, the pressure distribution is shown in the middle longitudinal section of a rotary ball valve body at an opening angle α of 10.

   In this figure, the four torque components M ', M2, Mg and M4 are drawn, from which the hydraulic torque acting on the rotating body results. In Fig. 2 is the curve of the torque coefficient K as a function of the opening angle:

      a worn. It can be seen from this figure that the coefficient K for opening angles of the rotating body of V-10 'has very pronounced peak values.

   This has to do with the fact that when the rotating body is partially opened, the flow in the lower part of the same is suddenly strongly deflected by its sharp edge, so that a strong relative negative pressure is created at the entry on the lower inner surface of the rotating body.



  So far, very little was known about the phenomena in question and the forces connected with them. Only on the basis of new investigations into the pressure distribution on such slides in different operating states (see "Escher-Wyss-Mitteilungen", 1942, p. 19,6) has it become clear for the first time about the above-described processes on ball slides.



  The purpose of the invention is now to create a ball valve whose actuation with complete operational safety: the smallest possible drive torque is necessary. However, the smaller the hydraulic torque exerted by the water forces on the rotating body, the smaller the drive mechanism, shafts, oil pumps and the like can be kept, which leads to substantial savings in material and cheaper operation.

    Experiments have shown that the maximum torque to be overcome when adjusting the rotating body can be significantly reduced, down to s / 3 of what was previously seen as inevitable, if it is ensured that the relative negative pressure areas on the current-carrying The inner surface of the rotary valve body should be reduced as much as possible.

   Above all it is important that the relative negative pressure. which is seen in the rotating body position with maximum hydraulic moment on the inside of the rotating body in front, is reduced. This relative negative pressure is namely the main cause of the large hydraulic moment.



  In order to take account of the findings mentioned, means are now provided on the rotary body of the ball valve according to the present invention, which reduce the relative negative pressure occurring in the various intermediate positions of the rotary body on its current-coated inner surface and thus also the relative negative pressure acting on this body hydraulic torque to be reduced.

   The means mentioned can expediently consist of openings which enable the fluid in intermediate positions of the rotating body to flow from overpressure areas into underpressure areas which are present on the inner surface of the rotating body.



  In the drawing, various embodiments of the subject matter of the invention are illustrated, for example, namely: FIG. 3 shows a central longitudinal section through a rotary ball valve body, in which the lower part of the leading edge is jagged, and; 4 and 5 show central longitudinal sections through cone valve bodies, in which openings are provided for pressure equalization on their inner surface with a flow line.



  In Figure 3, 1 denotes the rotating body of a Hu; Grel slide, the remaining parts of which are not shown for the sake of simplicity, and 2 is a line in which the ball slide is installed and through which the water flows in the direction of arrow A. In the half of the rotating body 1, which is moved against the flow direction when the latter is closed, 3 prongs 4 are provided on the lower part of the leading edge. Through these prongs 4, a flow separation in the lower, front part of this body 1 is broken in the intermediate positions of the rotating body 1, so that a reduced negative pressure occurs there.



  In the case of the rotating body shown in FIG. 4, there are channels in the front part of the rotating body half, which is moved against the direction of flow when the rotating body is closed. G formed openings are provided through which 5 water can flow from an overpressure area 7 into negative pressure areas on the strombestriche NEN inner surface of the rotating body 5 in intermediate positions of the rotating body.



  In the case of the rotating ball valve body 8 shown in FIG. 5, a cavity 9 is provided inside the same, which through a group of openings 10 with a negative pressure area on the flow-coated inner surface of the rotating body 8 and through a further group of openings 1.1 with a Überdrtpckgebiet in the interior of the rotating body 8 is in communication.

   Liquid can now flow through the openings 10 and 1.1 as well as the hollow space 9 from an overpressure area to an underpressure area, as a result of which high relative underpressures on the inner surface of the rotating body 8 which is coated with the current are reduced.



       Ball valve according to the invention can be installed in both hydraulic and gas lines.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Kugelschieber für hydraulische und Gas leitungen, dadurch gekennzeichnet, dass am Kugelschieberdrehkörper Mittel vorgesehen sind, welche den in Zwischenstellungen des Drehkörpers an dessen strombestrichener Innenfläche auftretenden relativen Unter- diruck zu verkleinern und damit auch das auf diesen Körper wirkende hydraulische Mo ment herabzumindern gestatten. UNTERANSPRüCHE 1. PATENT CLAIM: Ball valve for hydraulic and gas lines, characterized in that means are provided on the ball valve rotating body which reduce the relative lower pressure occurring in intermediate positions of the rotating body on its current-coated inner surface and thus also allow the hydraulic torque acting on this body to be reduced. SUBCLAIMS 1. Kugelschieber nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in der Hälfte des Drehkörpers, däe beim Schliessen gegen die Strömungs.riclltung bewegt wird, Öffnungen vorgesehen sind, die es dem Strömungsmittel in Zwischenstellungen des Drehkörpers er möglichen, aus Überdruckgebieten in an der Innenfläche des Drehkörpers vorhandene Unterdruckgebliete zu strömen, wodurch der Unterdruck verkleinert wird. 2. Ball valve according to patent claim, characterized in that openings are provided in the half of the rotating body, which is moved against the flow direction when it closes, which allow the fluid in intermediate positions of the rotating body to come from overpressure areas in the inner surface of the rotating body To flow negative pressure areas, whereby the negative pressure is reduced. 2. Kugelschieber nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehkörper ein Hohlraum vorgesehen ist, der durch mindestens eine Öffnung mit an der strombestrichenen Innenfläche des Drehkörpers vorhandenen Unterc1ruckgebieten und zudem durch mindestens eine weitere Öffnung mit an jener Innenfläche vorhande nen Überdruckgebieten verbunden ist. 3. Ball valve according to patent claim and dependent claim 1, characterized in that a cavity is provided in the rotating body, which is connected by at least one opening to the negative pressure areas present on the inner surface of the rotary body, which is painted with current, and also through at least one further opening to the overpressure areas existing on that inner surface. 3. Kugelschieber nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Eintrittskante der Drehkörperhälfte, die beim Schliessen des Drehkörpers gegen die Strömungsriclhtung bewegt wird, so aus gebildet ist, dass sie eine Störung der Strö mung und dadurch das Brechen der bei Zwischenstellungen des Drehkörpers auf des sen Eintrittsseite sich einstellenden Ablösun gen bewirkt. 4. Kugelschieber nachPatentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Eintrittskante des Dreh körpers mit Zacken versehen ist. Ball valve according to claim, characterized in that at least a part of the leading edge of the rotating body half, which is moved against the flow direction when the rotating body closes, is formed in such a way that it disturbs the flow and thereby the breaking of the in intermediate positions of the rotating body on the sen entry side causes settling conditions. 4. Ball valve according to patent claim and dependent claim 3, characterized in that part of the leading edge of the rotating body is provided with prongs.
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