DE1273287B

DE1273287B - Absperrorgan mit einem innerhalb eines Gehaeuses drehbaren Kueken

Info

Publication number: DE1273287B
Application number: DEG41271A
Authority: DE
Inventors: Milton H Craven
Original assignee: Grove Valve and Regulator Co
Current assignee: Grove Valve and Regulator Co
Priority date: 1963-09-05
Filing date: 1964-08-05
Publication date: 1968-07-18
Also published as: GB1022795A; NL6410176A; US3288163A; FR1406391A

Description

Absperrorgan mit einem innerhalb eines Gehäuses drehbaren Küken Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperrorgan, das ein drehbares Küken innerhalb eines Gehäuses aufweist. Derartige Absperrorgane dienen zum Unterbrechen eines Gas- oder Flüssigkeitsstromes in einem Rohrleitungssystem.
Die Erfindung geht von einem Absperrorgan aus, das einen starren Sitzring aufweist, der in Richtung des in das Absperrorgan mündenden Strömungsweges längsbeweglich montiert ist. Außerdem weist das Absperrorgan je eine Dichtung zwischen dem Küken und dem Sitzring einerseits und zwischen dem Sitzring und dem Gehäuse andererseits im Bereich des in das Absperrorgan mündenden Strömungsweges auf. Diese Dichtungen sind derart bemessen, daß der Sitzring als Differentialkolben unter dem Druck des im Strömungskanal befindlichen Mediums am Küken anliegt. Derartige Absperrorgane sind beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2796230 beschrieben. Bei jenem Absperrorgan ist ein drehbares, kugelförmiges Küken verwendet. Der Nachteil derartiger Absperrorgane besteht vor allem darin, daß die sich berührenden Flächen des Gehäuses und Kükens, die in der Regel feinstbearbeitet sind, sich sehr rasch abreiben, da Verunreinigungsteilchen in den Berührungsbereich zwischen der Kükenfläche und der Gehäusefläche eindringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile auf einfache Weise zu beseitigen. Es soll ein Absperrorgan dieser Gattung geschaffen werden, das sich infolge geringeren Abriebs an den genannten Flächen durch eine lange Lebensdauer und durch Funktionssicherheit auszeichnet. Die Verschmutzung der Dichtflächen und damit der erhöhte Abrieb an den Berührungsflächen bei der Bewegung des Kükens soll verhindert werden.
Es ist an und für sich bekannt, die Verschmutzungsgefahr von Absperrorgan-Küken durch Abstreifringe zu verhindern. Gemäß einem bekannten Absperrorgan ist die Dichtung als Abstreifring ausgebildet. Dieser hat gleichzeitig die Aufgabe des Sitzringes zu erfüllen, der Belastungen aufnehmen muß, die sich aus der Flächenpressung ergeben. Er ist wegen seiner starren Konstruktion nicht in der Lage, sich längs der Kükenoberfläche dieser anzupassen, um somit das Eindringen von Verunreinigung zwischen Küken und Abstreifring zu verhindern. Bei diesem Absperrorgan ist der Sitzring allerdings nicht in Richtung des in das Absperrorgan mündenden Strömungsweges bewergbar.
Es sind auch bereits andere als Abstreifringe dienende Dichtungsringe bekannt. Diese sind jedoch nicht in der Lage, die obengenannte Aufgabe zu lösen, denn gerade Dichtungen, die die empfindlichsten und wichtigsten Teile eines Absperrorgans darstellen, sollen vor den schädlichen Einflüssen und Verunreinigungen geschützt werden. Beim wiederholten Verdrehen der verschmutzten Kükenflächen gegenüber dem Gehäuse und der gehäusefesten Dichtung werden die Verunreinigungsteilchen wiederholt an die Dichtung herangeführt und von ihr en.tfernt, so daß auch infolge von Strömungserscheinungen im Bereich der Dichtungen bei geöffnetem Absperrorgan diese Verunreinigungsteilchen an den Dichtungen scheuern. Die Lebensdauer derselben wird dadurch wesentlich vermindert.
Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß a) der Sitzring mit einem Abstreifring versehen ist, b) der Abstreifring aus elastischem Material besteht und c) der vom Sitzring, vom Küken, von der Dichtung zwischen diesen beiden Teilen und vom Abstreifring begrenzte Raum über einen an sich bekannten Druckentlastungskanal mit dem in das Absperrorgan mündenden Strömungsweg verbunden ist.
Die Erfindung gestattet, daß der Abstreifring aus anderem Material wie die Dichtungen und der Sitzring hergestellt werden kann, so daß das Abstreifringmaterial ausschließlich nach dem Gesichtspunkt der Funktion des Abstreifringes ausgewählt werden kann. Der Abstreifring braucht daher nicht so starr und hart zu sein wie ein Sitzring und andererseits nicht so weich und nachgiebig wie die Dichtung. Er ist so beschaffen, daß er sich der Kükenoberfläche schmiegend anpaßt, so daß kein Spalt zwischen dieser und dem Abstreifring zum Durchtritt der Verunreinigungen gebildet wird. Der zusätzliche Druckentlastungskanal sorgt dafür, daß die Dichtungen ihre Aufgabe erfüllen können und der Strömungsmitteldruck an diesen angreifen kann. Der Druckentlastungskanal kann entweder als Trennfuge zwischen Sitzring und Abstreifring, als Ausschnitt im Abstreifring, als Bohrung im Sitzring oder in anderer Weise ausgebildet sein. Der Druck des Strömungsmittels kann sich bis zur Dichtung zwischen dem Sitzring und Küken fortpflanzen, so daß durch die Anordnung des Abstreifringes nicht der bekannte Vorteil verloren geht, der beim gattungsmäßig bekannten Absperrorgan erreichbar ist.
An Hand der F i g. 1 bis 4 sind zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung im folgenden als Beispiele beschrieben. In den Figuren ist F i g. 1 ein Vertikalschnitt in schematischer Darstellung zur Veranschaulichung eines Strömungssystems, das mit einer Vorrichtung zum Transport eines ballförmigen Gegenstandes ausgerüstet ist, F i g. 2 ein Schnitt durch eine Transportvorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Absperrorgan aufweist, und Fig. 3 und 4 vergrößerte Teilschnitte von Sitzringen mit Dichtungen und Abstreifringen nach der Erfindung.
Wie insbesondere aus F i g. 1 ersichtlich, weist ein Fördersystem für strömende Medien eine Rohrleitung 10 auf, von der ein Abschnitt zu einer Meßgeräteprüfschleife 12 ausgebildet ist, die einen Eintrittsschenkel 14 und einen Rückführschenkel 16 aufweist, die untereinander durch den Eintritt- und den Rückführzweig 18 bzw. 19 einer Querverbindungsleitung untereinander verbunden sind. Zwischen dem Eintritts- und dem Rückführzweig der Querverbindungsleitung befindet sich eine Prüfkörperaufgabevorrichtung 20. Die Prüfkörperaufgabevorrichtung hat die allgemeine Form eines Kugelhahns mit einem Gehäuse 22 mit axial fluchtenden Strömungskanälen 24 und 26, die in geeigneten Einrichtungen, beispielsweise Flanschen 28 und 29, zum Anschluß in Reihe an den Eintritts- und Rückführzweig 18 bzw. 19 der Querverbindungsleitung enden.
Innerhalb des Gehäuses 22 befindet sich eine Kugel 30, die in dem Gehäuse um eine Achse 32 in eine beliebige von drei ausgewählten Stellungen drehbar ist, die im folgenden noch beschrieben werden. Anstatt des üblichen durchgehenden Kanals der Kugel eines Kugelhahns weist die Kugel der Aufgabevorrichtung eine Blindbohrung auf, die eine Tasche 34 bildet, in die der Gegenstand, beispielsweise der dargestellte Ball 36, eingebracht werden kann.
Die Aufgabevorrichtung ist auch mit einem dritten Kanal 38 versehen, dessen Ende mittels einer Tür 40 verschließbar ist, die an Scharnieren 42 montiert sein kann und die mit beliebigen geeigneten Einrichtungen, beispielsweise einem geteilten Flanschglied 44, dicht verschließbar ist. Wenn die Kugel 30 in die Stellung gedreht ist, daß die Tasche horizontal angeordnet ist und mit dem Eingangskanal 38 fluchtet, kann die Tür 40 geöffnet werden, und der Ball kann in die Tasche 34 eingeführt werden. Dann kann die Kugel 30 in die dargestellte, nach unten gewendete Stellung verdreht werden, in der der Ball aus dem Eintrittszweig 18 herausbewegt und in die Rohrleitungl0 gebracht wird, in der er durch die Meßgeräteprüfschleifel2 und durch den oberen Rückführschenkel 16 mitgenommen wird. Nachdem der Ball 36 die Meßgeräteprüfschleife 12 durchlaufen hat (36a), wird er von einem geneigten durchbrochenen Gitter oder Sieb 46 in den abwärts verlaufenden Rückführzweig 19 der Querverbindungsleitung in die Tasche der Kugel 30 der Prüfkörperaufgabevorrichtung20 zurückgebracht. Diese Kugel ist zu diesem Zeitpunkt aus der in F i g. 1 gezeigten Stellung um 1800 verdreht, so daß die Tasche aufwärts gewendet ist. Wenn der Ball 36 in der Tasche 34 der Kugel 30 aufgenommen ist, kann diese zur Entnahme des Balles durch die angelenkte Tür 40 um 90" gedreht werden, wenn erwünscht. Ein System der hier beschriebenen Art ist eine wirksame Vorrichtung zur Prüfung von Meßgeräten, die das Volumen einer in der Leitung geförderten Flüssigkeit messen. Zu diesem Zweck können zwei Fühler 48 und 49 von beliebiger Art in einem Abstand entlang der Meßgeräteprüfschleife 12 eingebaut sein. Die Fühler 48 und 49 sind mittels des Balles 36 auslösbar, so daß sie den Augenblick registrieren, in dem der Ball den Beginn bzw. das Ende der Meßprüfschleife erreicht. Die inzwischen verfiossene Zeitspanne kann aufgezeichnet werden und zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit dienen, aus der das in der Zeiteinheit hindurchströmende Mediumvolumen errechenbar ist.
Bei Systemen der soeben beschriebenen Art besteht die Neigung, daß infolge der Schwerkraft Schmutz und andere Fremdstoffe durch den vertikalen Rückführteil der Querverbindungsleitung fallen und sich an der oberen freien Fläche 50 der Kugel 30 ansammeln. Derartige Fremdstoffe werden von dem Medium durch die Meßgeräteprüfschleife 12 der Rohrleitung sowie durch die Abriebwirkung des Balles 36 an den Wänden der Rohrleitung mitgerissen. Wenn also etwas von dem Schmutz und den anderen Fremdkörpern den Anschluß des vertikalen Rückführzweiges 19 erreicht, besteht die Gefahr, daß sie einfach in diesen vertikalen Leitungsteil unter der Wirkung der Schwerkraft hineinfallen, während andere Teilchen in dem Medium durch das Sieb 46 in die Leitung umgelenkt werden können. Auf jeden Fall sammeln sich derartiger Schmutz und Fremdkörper bei der dargestellten Stellung der Kugel 30 der Aufgabevorrichtung an der oberen freien Fläche der Kugel an, und wenn keine Schutzvorrichtungen vorgesehen sind, können sich die Teilchen über die Fläche verteilen, so daß sie in der Folge die feinpolierten Flächen der Kugel und des Gehäuses abwetzen und zerkratzen oder die flexiblen Dichtungen, die bei derartigen Vorrichtungen allgemein verwendet werden, beschädigen.
Wie aus der vergrößerten Darstellung der F i g. 2 ersichtlich, weist das Gehäuse Strömungskanäle 24 und 26, den Kanal 38 zur Aufgabetür und eine Deckplatte 22 a auf, welch letztere die vierte Seite des Gehäuses 22 verschließt. Jeder der Stfömungskanäle 24 und 26 ist von einem Sitzring 52 bzw. 54 umgeben, der von abgestufter Konstruktion ist, so daß er eine Radialschulter 56 darbietet, der eine innere Radialschulter 58 innerhalb des Ventilgehäuses gegenübersteht. Die Schultern 56 und 58 bilden eine Aussparung zwischen sich, innerhalb welcher ein Rundschnurring 60 oder eine ähnliche nachgiebige Dich-.tung aufgenommen ist, die ein Ausströmen des Mediums in der Umgebung der Sitzringe 52 bzw. 54 verhindert. Die Sitzringe sind je mit einer Dichtfläche 62 versehen, die die kugelige Fläche 50 der Kugel 30, mit der sie eine Dichtfunktion erfüllen soll, aufnimmt und zu dieser komplementär ist. Üblicherweise sind zwischen den Sitzringen52, 54 und der kugeligen Fläche 50 der Kugel ringförmige, miteinander zur Berührung bringbare Dichtflächen vorgesehen, und zu diesem Zweck ist bei der dargestellten Vorrichtung die allgemein kegelige Dichtfläche62 des Sitzringes mit einer ringförmigen Nut 64 versehen, die einen elastischen Dichtungsring 66 enthält. Dieser als O-Ring ausgebildete Dichtungsringe ist zwischen dem Boden der Nut und der kugeligen Oberfläche 50 der Kugel eingepreßt und bildet eine Ringdichtung gegen Mediumverluste aus den Strömungskanälen 24 und 26.
Wenn, wie oben beschrieben, Schmutz und sonstige Fremdkörper durch den vertikalen Rückführzweig 19 niederfallen und in den oberen Strömungskanal 26 gelangen, so daß sie sich auf der Fläche 50 absetzen, werden solche Teilchen über das Gehäuse 22 und insbesondere unter den Sitzringen 52 und 54 verteilt, so daß sie die feinpolierten Oberflächen der Sitzringe und der Kugel abwetzen und zerkratzen und die nachgiebigen Dichtungsringe 66 beschädigen. Um derartige Beschädigungen zu verhindern, ist mindestens an dem oberen Sitzring 54 ein ringförmiger Abstreifring 70 vorgesehen, der zu dem stromaufwärts gelegenen nachgiebigen Dichtungsring 66 konzentrisch und innerhalb desselben aufgenommen ist.
Wie aus F i g. 2 und 3 ersichtlich, besteht der Abstreifring 70 aus einem Basisteil 72 von großem Querschnitt, der einen einigermaßen starren Körper von wesentlichen Abmessungen bildet, so daß er leicht in einer Nut 74 innerhalb des Sitzringes zurückhaltbar ist. Von diesem starren Basisteil erstreckt sich ein Abstreifabschnitt76 von dünnerem Querschnitt auswärts von dem Sitzring 54, so daß er leicht an der kugeligen Fläche 50 der Kugel 30 anliegt und den Durchtritt von Schmutz und ähnlichen Teilchen verhindert, aber nicht gegen den Mediumdruck als solchen abdichtet. Der Grund hierfür wird im folgenden beschrieben.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 und 3 ist der Abstreifring mittels eines geteilten Halteringes 78 gehalten, der normalerweise von solchem Durchmesser ist, daß er in die im Sitzring 54 gebildete Nut 80 hineinpaßt, der jedoch durch Gegeneinanderpressen der Enden an der Trennstelle derart verformbar ist, daß er durch den Strömungskanal 26 hindurch eingeführt werden kann. Dann wird an dem Sitzring beispielsweise mittels einer Schraube 83 ein Halteklotz 82 befestigt, der eine nachfolgende Druckverformung des Halteringes verhindert und somit den Haltering gegen unbeabsichtigtes Lösen verriegelt.
Es ist offensichtlich, daß, wenn der Abstreifring von dem SitzringS4 vorspringt und kein Weg für den Durchtritt von Schmutz und anderen Fremdkörpern in den Bereich hinter dem Sitzring zur Verfügung steht, alle solchen Teilchen, die in das Gehäuse 22 durch den Strömungskanal 26 eintreten, innerhalb des Abstreifringes 70 zurückgehalten werden. Wenn nun die Kugel 30 verdreht wird, bleiben derartige Teil- chen, die sich an der Fläche 50 sammeln, auf diesen Bereich beschränkt, der von dem nachgiebigen Abstreifring begrenzt ist, und sind somit am Eintritt in den Raum unter den Sitzring 54 gehindert. Wenn die Kugel 30 so verdreht wird, daß die Blindbohrung oder Tasche 34 nach oben zu gewendet ist, können derartige Teilchen in die Tasche gefegt werden, ohne daß dabei die polierten oder weichen Flächen beschädigt werden.
Der Abstreifring ist derart beschaffen, daß er gegen den Mediumstrom nicht dichtend wirkt, so daß die Dichtwirkung um den Strömungskanal 36 herum von dem Dichtungsring 66 allein bewirkt wird. Dies ist bei der besonderen dargestellten Konstruktion wichtig, denn die Durchmesser der Dichtungsringe 60 und 66 hinter dem Sitzring 54 und in der Dichtfläche 62 sind genau bestimmt und ausgewählt, um eine bestimmte Beziehung zwischen Flächen an der radial inneren und radial äußeren Seite der beiden Dichtungsringe 60 und 66 zu schaffen, so daß die Mediumdrücke, denen der Sitzring 54 ausgesetzt ist, sowohl an der radial inneren als auch an der äußeren Seite eine resultierende Kraft erzeugen, die bestrebt ist, den Sitzring zur dichtenden Anlage an der Kugel 30 zu drängen, wie dies eingehender in der obengenannten USA.-Patentschrift beschrieben ist. Damit der Abstreifring 70 die Beziehung der Flächen nicht stört, die durch die Dichtungsringe 60 und 66 abgegrenzt sind, ist er so ausgebildet, daß er einen Druckausgleich zwischen beiden Seiten gestattet. Auf diese Weise braucht der Abstreifring 70 kein durchgehendes Glied zu bilden, so daß zwischen den benachbarten Enden 71 ein druckausgleichender Verbindungskanal gebildet ist. Statt dessen können derartige Durchlässe in den Abstreifring eingeschnitten oder eingeformt sein. Wie immer auch die Durchlässe gebildet sind, befinden sie sich doch in der vertikalen Ebene der Drehachse der Kugel 30, wo die Teilchen an der Kugel in bezug auf den Abstreifring 70 tangential bewegt würden. Im Falle einer Kugel, die zwischen ihren Grenzstellungen in entgegengesetzten Drehsinnen bewegbar ist, anstatt durch eine vollständige Umdrehung verdrehbar zu sein, kann der Abstreifring 70 an derjenigen Seite unterbrochen sein, die an der Abstreifwirkung wenig beteiligt ist. Wenn also bei der Konstruktion nach F i g. 2 die Kugel im Uhrzeigersinn verdreht wird, um die Tasche 34 in ihre obere Stellung zu bringen, kann der Abstreifring 70 seinen Durchlaß oder seine Durchlässe an der linken Seite haben.
Es gibt offensichtlich andere Möglichkeiten, um den Abstreifring als Dichtung unwirksam zu machen.
Beispielsweise (F i g. 3) braucht der Basisteil 72 des Abstreifringes nicht straff von dem Haltering 78 gehalten zu sein, so daß ein Strömungsweg für den Druckausgleich innerhalb der Nut 74 entlang der Basis des Abstreifringes gebildet wird. Auch kann die Anlage des Abstreifringes 70 an der kugeligen Fläche 50 der Kugel 30 unter so leichtem Druck stehen, daß gegen den Druck des Mediums keine Dichtwirkung aufrechterhalten wird.
Eine zweite Ausführungsform eines Abstreifringes 86 ist in F i g. 4 dargestellt und besteht aus einer im wesentlichen trapezförmigen Basis, die innerhalb einer entsprechenden Nut 88 eingeklebt oder anders befestigt ist, die im Sitzring 54 a gebildet ist. Diese Form eines Sitzringes weist eine einstückige Bexible Verlängerung 90 von allmählich abnehmendem Querschnitt auf, die eine leichte nachgiebige Abstreifwirkung gegen die Kugel ausübt, ohne gegen die Mediumströmung abzudichten. Durch den Sitzring 54 a ist ein Kanal 89 gebohrt, der einen Druckumgehungskanal um den Abstreifring 86 zum Dichtungsring 66 von einem Punkt im Strömungskanal 26 bildet, der oberhalb der möglichen höchsten Höhe einer Fremdstoffsammlung liegt.

Claims

Patentanspruch: Absperrorgan mit einem innerhalb eines Gehäuses drehbaren Küken, einem starren Sitzring, der in Richtung des in das Absperrorgan mündenden Strömungsweges längsbeweglich montiert ist, und mit je einer Dichtung zwischen dem Küken und dem Sitzring einerseits und zwischen dem Sitzring und dem Gehäuse andererseits im Bereich des in das Absperrorgan mündenden Strömungsweges, die so bemessen sind, daß der Sitzring als Differentialkolben an dem Küken unter dem Druck des Mediums im Strömungskanal anliegt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen: a) der Sitzring (52, 54; 54a) trägt einen an sich bekannten Abstreifring (70; 86), b) der Abstreifring besteht aus elastischem Material, und c) der vom Sitzring, vom Küken (30), von der Dichtung (66) zwischen diesen beiden Teilen und von dem Abstreifring begrenzte Raum ist über einen an sich bekannten Druckentlastungskanal (71, 89) mit dem in das Absperrorgan mündenden Strömungsweg (26) verbunden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 739 290; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 055 905; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 852 664; USA.-Patentschriften Nr. 2 796 230, 1 784381.