DE1229807B

DE1229807B - Non-return valve with pressure medium drive, especially for large pipe fluid lines

Info

Publication number: DE1229807B
Application number: DEA44878A
Authority: DE
Inventors: Karl Adams
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-12-24
Filing date: 1963-12-24
Publication date: 1966-12-01

Description

Rückschlagklappe mit Druckmittelantrieb, insbesondere für Großrohr-Flüssigkeitsleitungen Die Erfindung betrifft eine Rückschlagklappe, insbesondere für Großrohr-Flüssigkeitsleitungen, mit einer die Leitung exzentrisch durchquerenden Welle und mit einem mit der Welle verbundenen Differentialkolben, dessen deckelseitige, vordere Kolbenfläche in ständiger offener Verbindung mit der Leitung steht.Non-return valve with pressure medium drive, especially for large pipe liquid lines The invention relates to a non-return valve, in particular for large pipe liquid lines, with a shaft traversing the line eccentrically and with one with the shaft connected differential piston, whose cover-side, front piston surface in constant open connection with the line.

Rückschlagklappen für Rohrleitungen, die mittels einer von dem Druckmittel in der Rohrleitung beaufschlagten Kolben-Zylindervorrichtung gesteuert werden, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei einer bekannten Rückschlagklappe, die um eine die Rohrleitung exzentrisch durchgreifende Welle verschwenkbar ist und zur Steuerung der Stellbewegungen einen vom Druck in der Rohrleitung beaufschlagten Differentialkolben aufweist, steht die stopfbüchsenseitige Kolbenfläche des Differentialkolbens in Verbindung mit dem in Strömungsrichtung vor der Klappe gelegenen Teil des Gehäuses, während die deckelseitige Kolbenfläche des Differentialkolbens mit dem hinter der Klappe gelegenen Teil des Gehäuses verbunden ist. Die erstgenannte Verbindung wird durch den Kolben kurz vor Erreichen dieser einen Endstellung geschlossen, mit der Wirkung, daß die Klappe langsam auf ihre Dichtfläche aufsetzt. Ein kleines Rückschlagventil überbrückt beim Öffnen der Klappe diese Selbstsperrung des Kolbens, so daß die Klappe nach dem Auftreten eines Strömungsdruckes in der Rohrleitung schnell öffnet. Würde das Rückschlagventil fehlen, so bestünde die Gefahr einer Kavitation hinter der kleineren Kolbenfläche.Check valves for pipelines, which by means of one of the pressure medium in the pipeline acted upon piston-cylinder device are controlled, are known in various designs. In a known check valve that can be pivoted about a shaft extending eccentrically through the pipeline and for Control of the adjusting movements one acted upon by the pressure in the pipeline Has differential piston, is the stuffing box-side piston surface of the differential piston in connection with the part of the housing located upstream of the flap in the direction of flow, while the cover-side piston surface of the differential piston with that behind the Flap located part of the housing is connected. The former connection is closed by the piston shortly before reaching this one end position, with the Effect that the flap touches down slowly on its sealing surface. A small check valve bridges this self-locking of the piston when the flap is opened, so that the flap opens quickly after the occurrence of a flow pressure in the pipeline. Would the check valve is missing, there would be a risk of cavitation behind the smaller piston area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rückschlagklappe der eingangs genannten Art zu schaffen, die nicht nur langsam aufsetzt, sondern auch langsam abhebt, ohne daß hierbei Kavitationsgefahr besteht. Eine solche Klappe wird vor allem im Zusammenhang mit Flüssigkeitspumpen, z. B. Großpumpen der Wasserversorgung, benötigt, da solche Pumpen erst nach ihrem vollständigen Anlauf fördern sollen. Es ist daher erforderlich, daß die selbsttätige Steuerung der Rückschlagklappe dieser Forderung durch ein verzögertes Öffnen Rechnung trägt.The invention is based on the object of a non-return valve To create the type mentioned at the beginning that not only touches down slowly, but also slowly lifts off without the risk of cavitation. Such a flap will especially in connection with liquid pumps, e.g. B. Large water supply pumps, required, since such pumps should only deliver after they have started up completely. It is therefore necessary that the automatic control of the check valve of this Delayed opening takes into account the requirement.

Die Erfindung kennzeichnet sich durch die gleichzeitige Anwendung der an sich bekannten Merkmale, daß a) die Verbindung der vorderen Kolbenfläche mit der Leitung an dem in Strömungsrichtung vor der Klappe gelegenen Teil des Gehäuses angeschlossen ist, daß b) die hintere Kolbenfläche in der hinteren Kolbenendstellung einen nahezu geschlossenen Zylinderraum begrenzt und daß c) zwischen den beiden Kolbenflächen eine Verbindung besteht, die in der der Offens.tellung der Klappe entsprechenden vorderen Kolbenendstellung offen ist, in der hinteren Kolbenendstellung geschlossen ist und kolbenwegabhängig allmählich schließt und öffnet.The invention is characterized by the simultaneous application the known features that a) the connection of the front piston surface with the line on the part of the housing located upstream of the flap in the direction of flow is connected that b) the rear piston surface in the rear piston end position delimits an almost closed cylinder space and that c) between the two There is a connection between the piston surfaces and the open position of the valve corresponding front piston end position is open, in the rear piston end position is closed and gradually closes and opens depending on the piston travel.

Bei einer solchen Klappe wirkt also der sich vor der geschlossenen Klappe aufbauende Pumpendruck durch .die exzentrische Lagerung der Klappe öffnend auf die Klappe, wobei jedoch der Kolben in der Lage ist, diesem Öffnungsmoment ein starkes Gegenmoment entgegenzusetzen, so daß die Klappe besonders im Anfangsstadium des Öffnungsvorgangs langsam, dann aber allmählich schnell öffnet. Durch den Druckzustand vor der größeren Kolbenfläche ist .die Kavitationsgefahr hinter der kleineren Kolbenfläche vermindert. Außerdem wird durch die Druckbelastung der größeren Kolbenfläche ein Gegenmoment erzeugt. Das stark verzögerte Abheben der Klappe von ihrem Dichtsitz ist nur dann sinnvoll, wenn das Gegenmoment nicht plötzlich, sondern allmählich reduziert wird. Zu diesem Zweck besteht die kolbenwegabhängige allmähliche Öffnung der Verbindung der beiden KOlberiflächen.With such a flap, the one in front of the closed one acts Pump pressure building up the flap by opening the eccentric mounting of the flap on the flap, but the piston is capable of this opening moment strong counter-torque to oppose, so that the flap especially in the early stages the opening process slowly, but then gradually opens quickly. By the state of pressure in front of the larger piston area there is a risk of cavitation behind the smaller piston area reduced. In addition, the larger piston area is due to the pressure load Counter torque generated. The heavily delayed lifting of the flap from its sealing seat only makes sense if the counter-torque is gradual rather than sudden is reduced. For this purpose, there is a gradual opening that is dependent on the piston travel the connection of the two KOlberifurfaces.

Vorteilhaft ist ferner, daß auch beim Schließen der Klappe die Verzögerung der Schließbewegung nicht plötzlich erfolgt. Hierdurch werden Wasserschläge mit Sicherheit vermieden. Im Schließzustand wird auf die erfindungsgemäße Rückschlagklappe ein Anpreßdruck ausgeübt, während im Öffnungszustand die Klappe in einer strömungsabhängigen Schrägstellung gehalten wird, wobei sie auch nach längerer Betriebszeit schaltempfindlich gegenüber Änderungen der Strömung bleibt.It is also advantageous that the delay when closing the flap the closing movement does not occur suddenly. This causes water hammer with Avoided security. In the closed state, the non-return valve according to the invention is activated a contact pressure is exerted, while in the open state the flap is in a flow-dependent manner Inclined position is held, whereby they switch sensitive even after a long period of operation against changes in flow remains.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, die nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch geltend gemacht werden. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rückschlagklappe kann so die Zylinderwand mit einer Anzahl von Nuten versehen sein, die von der Deckelseite des Zylinders ausgehen und verschiedene Längen aufweisen. Bei Verwendung eines baulich und betrieblich besonders einfachen, ringlosen Kolbens, der seiner Art nach undicht ist, ist es zweckmäßig, die längste der Nuten nur bis zu etwa ein Viertel bis ein Drittel des Endes des Hubweges der stopfbüchsseitigen Kolbenkanten zu führen. Man kann die kölbenwegabhängige Verbindung der beiden Kolbenflächen auch durch einen leicht konischen Zylinder erreichen, muß dann aber in Kauf nehmen, daß der Zylinder keine Führungskräfte mehr auf den Kolben ausübt.Further features of the invention emerge from the subclaims, which can only be asserted in connection with the main claim. According to one embodiment of the non-return valve according to the invention can thus be the cylinder wall be provided with a number of grooves leading from the top side of the cylinder go out and have different lengths. When using a structurally and operationally It is a particularly simple, ringless piston, which by its nature is leaky expedient, the longest of the grooves only up to about a quarter to a third of the To guide the end of the stroke of the piston edges on the stuffing box side. You can choose the one that depends on the piston travel Connect the two piston surfaces with a slightly conical cylinder, but then has to accept that the cylinder is no longer on the executives Piston exerts.

In. der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Sie zeigt schematisch in Ansicht, teilweise geschnitten, eine Rückschlagklappe einer Großrohrleitung mit Differentialkolben.In. The invention is explained using an exemplary embodiment in the drawing. It shows a schematic view, partially in section, of a non-return valve Large pipeline with differential piston.

In einem mit Anschlußflanschen versehenen Klappenventilgehäuse 1 ist auf einer Welle 2 eine Rückschlagklappe 3 befestigt. Die Welle durchdringt das Gehäuse in bekannter Weise exzentrisch, so daß die Klappe wegen der ungleichen Flügellängen selbsttätig öffnet, wenn gemäß der Strömungsrichtung 4 vor der Klappe ein höherer Druck als hinter der Klappe besteht. Wie weiter bekannt ist, sitzt auf dem Zapfen der Welle 2 ein Zahnradsegment 5, das mit einer an einer Kolbenstange 6 angeschlossenen und durch eine Rolle 7 gegen Abheben gesicherte Zahnstange 8 kämmt. An einem in der Zeichnung angedeuteten Getriebegehäuse 9 ist in ebenfalls bekannter Weise ein Zylinder 10 mit Deckelseite 11 und Stopfbüchsseite 12 befestigt. Ein mit Gleitspiel in den Zylinder eingepaßter ringloser Kolben 13 ist durch einseitigen Anschluß der Kolbenstange 6 ein Differentialkolben.In a flap valve housing 1 provided with connecting flanges a non-return valve 3 is attached to a shaft 2. The shaft penetrates the housing eccentrically in a known manner, so that the flap because of the unequal wing lengths opens automatically if, according to the direction of flow 4, a higher one in front of the flap Pressure than behind the flap. As is also known, sits on the peg the shaft 2 a gear segment 5, which is connected to a piston rod 6 with a and by a roller 7 secured against lifting rack 8 meshes. At an in The gear housing 9 indicated in the drawing is also a known manner Cylinder 10 attached to cover side 11 and stuffing box side 12. One with sliding play Ringless piston 13 fitted into the cylinder is by unilateral connection of the Piston rod 6 a differential piston.

Das Gehäuse 9 steht mit der umgebenden Luft in Verbindung, ist also drucklos. Die Deckelseite 11 des Zylinders steht durch eine an dem in Strömungsrichtung 4 vor der Klappe 3 gelegenen Teil des Gehäuses 1 angeschlossene Verbindung 14 unter dem Druck der Leitung vor der Klappe.The housing 9 is in communication with the surrounding air, so it is pressureless. The cover side 11 of the cylinder stands by one on the in the direction of flow 4 located in front of the flap 3 part of the housing 1 connected connection 14 below the pressure of the line in front of the valve.

In die Zylinderwand sind der Längsnuten 15, 16, 17 eingefräst. Sie können gemäß der Zeichnung eng nebeneinander liegen oder über den Umfang gleichmäßig verteilt sein. Die Nuten beginnen am deckelseitigen Ende des Zylinders und haben verschiedene Längen. Die längste von ihnen, die Nut 17, endet etwa 1/4 bis 1/s vor dem stopfbüchsseitigen Ende des Hubes der hinteren Kolbenfläche 13a. Die Nut 16 mittlerer Länge endet etwa auf der Hälfte des Hubes h und die kürzeste Nut 15 etwa bei 1/a des deckelseitigen Endes des Hubes.The longitudinal grooves 15, 16, 17 are milled into the cylinder wall. she can be close to each other according to the drawing or evenly over the circumference be distributed. The grooves begin at the end of the cylinder on the cover side and have different lengths. The longest of them, the groove 17, ends about 1/4 to 1 / s before the end of the stroke of the rear piston surface 13a on the stuffing box side. The groove 16 middle length ends approximately at half of the stroke h and the shortest groove 15 approximately at 1 / a of the end of the stroke on the cover side.

An die Stelle der Längsnuten können zur Vermeidung mitunter umständlicher Fräsarbeit überbrückungsröhrchen treten. Diese Röhrchen - z. B. ebenfalls drei - sind am Zylinderdeckel oder an dem Verbindungsrohr 14 angeschlossen. Ihr anderes Ende durchdringt den Zylinder von außen nach innen an denjenigen Stellen, an denen sich sonst die Enden der Längsnuten 15 bis 17 befinden.Instead of the longitudinal grooves can sometimes be more cumbersome to avoid Milling work step bypass tube. These tubes - e.g. B. also three - are connected to the cylinder cover or to the connecting pipe 14. Your other End penetrates the cylinder from the outside to the inside at those points where otherwise the ends of the longitudinal grooves 15 to 17 are located.

Bei einer Strömung in Pfeilrichtung 4 befindet sich die Klappe in der strichpunktiert gezeichneten Stelltmg 3'. Der Kolben übt auf die Welle eine Kraft aus, die versucht, die Klappe zu schließen; denn die vordere und wegen der hier mit dem Gleitsitz beabsichtigten. Undichtheit des Kolbens auch die hintere Kolbenfläche 13 a stehen unter dem überdruck der Leitung gegenüber dem Druck der Umgebungsluft, während die Kolbenstangenfläche in dem Sinne drucklos ist. Infolge dieser Schließtendenz des Kolbens nimmt die Klappe in der Offenstellung 3' eine leichte Schräglage ein, und zwar im Gleichgewicht der öffnenden und schließenden Momente. Die Schräglage wird im Sinne zunehmender Schließung immer größer, je kleiner die Strömungsgeschwindigkeit 4 ist. Während aber in der Ganzoffenstellung der Klappe die Undichtheit des Kolbens durch die Wirksamkeit aller drei Nuten 15 bis 17 groß ist, folgt die Klappe irgendeiner kleinen Änderung der Strömungsgeschwindigkeit sehr schnell. Die Klappe bleibt durch die hierdurch erzeugten kleinen Atembewegungen auch dann bei längerem Dauerbetrieb mit nur wenig schwankendem Durchfluß schaltempfindlich. Das heißt,- sie -- korrodiert nicht in - den Lagerungen .oder setzt .sich. in irgendeiner anderen Weise, die die Funktion'--der Rückschlagklappe gefährdet, im Dauerbetrieb fest.With a flow in the direction of arrow 4, the flap is in the dot-dashed position 3 '. The piston exerts a on the shaft Force out trying to close the flap; because the front and because of the Intended here with the sliding fit. Leakage of the piston also the rear Piston surface 13 a are under the overpressure of the line compared to the pressure of the Ambient air, while the piston rod surface is pressureless in that sense. As a result This closing tendency of the piston takes the flap in the open position 3 ' a slight incline, in the balance of the opening and closing Moments. The inclination becomes greater and greater, the smaller it is, in the sense of increasing closure the flow rate is 4. But while in the fully open position of the flap the leakage of the piston due to the effectiveness of all three grooves 15 to 17 large the flap will follow some small change in flow rate very fast. The flap remains due to the small breathing movements that this creates sensitive to switching even with longer continuous operation with only slightly fluctuating flow. That means - it - does not corrode in - the bearings. Or. Settle. in any other way that endangers the function '- of the non-return valve, in continuous operation fixed.

Bei stärkerer Schrägstellung der Klappe. wirkt der Kolben progressiv -mit dem -- Kolbenhub stärker dämpfend; denn die Längsrauten kommen nacheins ander außer Wirkung. Das heißt, die Verbindung zwischen den beiden Kolbenflächen schließt sich mehr und mehr. Kürz vor dem vollständigen Schließen der Klappe besteht nur noch die verhältnismäßig kleine Undichtheit am Kolbenumfang. Sie ist bei für die Verhinderung einer Verklemmung ausreichend großem Gleitspiel klein genug, die Klappe, die ja schon verhältnismäßig früh vorgebremst wird, ganz langsam auf den Dichtsitz des Gehäuses aufzusetzen. Die Bremsung der Klappe setzt also nicht plötzlich sondern allmählich ein, wodurch keinerlei Gefahr mehr für die Entstehung von Wasserschlägen in der Leitung besteht.If the flap is more inclined. the piston acts progressively - with the piston stroke - more dampening; because the longitudinal diamonds are ineffective one after the other. This means that the connection between the two piston surfaces closes more and more. Shortly before the flap is completely closed, there is only a relatively small leak on the circumference of the piston. With a sliding play that is sufficiently large to prevent jamming, it is small enough to very slowly place the flap, which is already braked relatively early, onto the sealing seat of the housing. The braking of the flap does not start suddenly but gradually, which means that there is no longer any risk of water hammers developing in the pipe.

Beim Öffnen der Klappe durch einen sich entsprechend Pfeilrichtung 4 aufbauenden Druck tritt sofort über die Verbindung 14 und über die vordere Kolbenfläche 13 b ein die selbsttätige Drehbewegung der Klappe bremsendes Moment auf. Dieses Gegenmoment wird erheblich -verstärkt durch den Sog der hinteren Kolbenfläche 13 a. Dieser Sog wird aber durch das unter großem. überdruck am undichten Kolben vorbeiströmende Wasser od. dgl. nicht so klein, daß Kavitation auftritt. Erst allmählich, d. h. mit fortschreitendem Kolbenweg und damit zunehmender Öffnung der Verbindung beider Kolbenflächen über die Längsschlitze 17 bis 15 wird der Sog kleiner, und die Klappe geht schließlich schnell in ihre volle Öffnungsstellung über, sofern in der Leitung eine entsprechend starke Strömung einsetzt.When opening the flap, turn according to the direction of the arrow The pressure that builds up occurs immediately via connection 14 and the front piston surface 13 b a moment braking the automatic rotary movement of the flap. This The counter-torque is increased considerably by the suction of the rear piston surface 13 a. But this pull is caused by the under great. overpressure flowing past the leaking piston Water or the like not so small that cavitation occurs. Only gradually, i. H. with advancing piston travel and thus increasing opening of the connection between the two Piston areas over the longitudinal slots 17 to 15, the suction is smaller, and the flap finally goes quickly to its fully open position, provided that it is on the line a correspondingly strong current begins.

Dieser zu Beginn stark verzögerte und sich allmählich beschleunigende Öffnungsvorgang ist vor allem bei Rückschlagklappen im druckseitigen Anschlußstutzen von großen Kreiselpumpen wichtig. Die Pumpe kann ohne irgendeinen Steuereingriff im Leerlauf, d. h. bei der Fördermenge Null anlaufen. Die Verhältnisse im Zylinder können leicht so bemessen werden, daß .die Förderung der Pumpe allmählich erst dann einsetzt, sobald sie die Leerlaufdrehzahl erreicht hat.This is strongly delayed at the beginning and gradually accelerates The opening process is particularly common in the case of non-return valves in the pressure-side connection piece important for large centrifugal pumps. The pump can operate without any control intervention idle, d. H. start at zero flow rate. The conditions in the cylinder can easily be dimensioned so that .the delivery of the pump gradually only then starts as soon as it has reached idle speed.

Der Kolben kann auch ein mit Kolbenringen versehener Kolben sein. Dann aber benötigt er eine durchgehende Bohrung als »Undichtheit« im Zustand kurz vor Erreichen des Endpunktes. Oder ein zusätzliches Röhrchen, das den Zylinder unmittelbar am stopfbüchsseitigen Ende durchdringt und zur Deckelseite des Zylinders führt, bleibt ständig offen. Die Bohrung bzw. das Röhrchen kann eine Einstellschraube od. dgl. erhalten. In einer solchen Ausführung läßt sich sehr genau eine solche Undichtheit des Kolbens einstellen, daß .der Sog entweder kurz vor der Kavitationsgrenze liegt und auf den (Öffnungsvorgang der Klappe besonders stark verzögernd wirkt. Es kann aber auch bei Anpassung an eine schnell anlaufende Pumpe der Sog durch entsprechende Minderung der Drosselung der Bohrung bzw. des Röhrchens weniger groß gehalten werden.The piston can also be a piston provided with piston rings. But then he needs a through hole as a "leak" in the short state before reaching the end point. Or an additional tube that connects the cylinder directly at the Stuffing box end penetrates and to the cover side of the cylinder leads, remains open at all times. The bore or the tube can be an adjusting screw or the like. Such an embodiment can be used very precisely Adjust the leakage of the piston so that the suction is either just before the cavitation limit and has a particularly strong delaying effect on the (opening process of the flap. But it can also be adapted to a fast-running pump, the suction by appropriate Reduction of the throttling of the bore or the tube can be kept less large.

Claims

Claims: 1. Non-return valve, especially for large pipe liquid lines, with a shaft eccentrically traversing the line and with a differential piston connected to the shaft, the front piston surface of which is in constant open connection with the line, characterized by the simultaneous use of the per se known features that a) the connection (14) of the front piston surface (13 b) with the line is connected to the part of the housing (1) located in front of the flap (3) in the flow direction (4), that b) the rear piston surface (13 a) delimits an almost closed cylinder space in the rear piston end position and that c) there is a connection between the two piston surfaces (13 a and 13 b) which is open in the front piston end position corresponding to the open position (3 ') of the flap, in the rear one Piston end position is closed and gradually closes and opens depending on the piston travel.

2. Non-return valve according to claim 1, characterized in that the wall of the cylinder (10) is provided with a metal sealing piston (13) with a number of the cover side (11) of the cylinder outgoing longitudinal grooves (15 to 17) of different lengths.

3. Check valve according to claim 2, characterized in that with a ringless piston (13) three Grooves (15 to 17) are milled, of which the longest groove (17) is about 1/4 to 1 / s the end of the stroke (h) of the rear piston surface (13a) on the stuffing box side.

4. Non-return valve according to claim 2, characterized in that the longitudinal grooves bridging tubes penetrating through the cylinder wall from the outside to the inside are replaced.

5. Non-return valve according to claim 2, characterized in that a Piston provided with piston rings with an adjustable cross-section of the passage, as a permanent connection of both piston surfaces acting bore or the like. Is provided. Documents considered: German Patent No. 553 442; German Auslegeschrift No. 1157 872; German utility model No. 1790 258; Swiss Patent Specification No. 201066; U.S. Patent No. 2,694,544.