DE19502570A1

DE19502570A1 - Sealing arrangement for telescopic seats for plug valves, ball valves or gate valves

Info

Publication number: DE19502570A1
Application number: DE1995102570
Authority: DE
Inventors: Tep Ungchusri; Roy C Bates; Robert L Witt
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1994-02-01
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1995-08-03
Also published as: NL9500138A; FR2715706A1; GB9501759D0; GB2286032B; GB2286032A; CA2140491A1; FR2715706B1

Abstract

A movable valve gate or rotary valve plug 14 in a fluid control valve body 10 is provided with valve seats 24 for controlling and sealing fluid flow. Each seat 24 is provided with at least one and preferably two annular seals 32, 34, by which it is sealed to the valve body 10, the seals 32, 34 having distinct diameters which encircle the flow path through the valve and are designed to minimise fluid forces acting on the gate or plug via the seats 24, thereby producing less operating resistance. In an alternative embodiment (figure 3 not shown) an inner sealing ring (202) and satellite seals (203) are provided. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht auf Ventile zur Regelung einer Fluid strömung und insbesondere auf ein Ventil, welches einen drehbaren Stopfen oder einen beweglichen Schieber aufweist, der mit zumindest einem Paar Sitze zum Regeln und Abdichten einer Fluidströmung zu sammenwirkt.The present invention relates to valves for regulating a fluid flow and in particular on a valve which has a rotatable Plug or a movable slide, which with at least a pair of seats for regulating and sealing a fluid flow interacts.

Bekannte Ventilentwürfe weisen eine Kugel oder einen Schieber auf, welcher drehbar oder beweglich in einem Ventilkörper montiert ist und welcher eine Durchgangsbohrung aufweist, durch welche ein Fluid strömt, wenn die Bohrung mit Einlaß- und Auslaßöffnungen bzw. -anschlüssen ausgerichtet ist. Derartige Ventile sind geschlossen, wenn der Stopfen oder der Schieber gedreht oder so bewegt wird, daß eine feste Seite des Stopfens oder des Schiebers den Strömungsweg des Einlaßanschlußes vollständig blockiert. Der Stopfen oder der Schieber drückt gegen Sitze, wobei einer jeweils auf der stromaufwärtigen oder der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, welche gegen den Ventilkörper drücken. Typischer weise ist der Stopfen oder Schieber etwas schwimmend, so daß in einer Dichtungssituation der stromaufwärtiger Fluiddruck bewirkt, daß der Stopfen oder der Schieber stark gegen den stromabwärtigen Sitz gedrückt wird, welcher seinerseits gegen den Ventilkörper gedrückt wird, welcher damit eine Dichtung bildet. Known valve designs have a ball or a slide, which is rotatably or movably mounted in a valve body and which has a through hole through which a fluid flows, if the bore with inlet and outlet openings or connections is aligned. Such valves are closed when the plug or the slider is rotated or moved so that a fixed side of the Plug or slide the flow path of the inlet port completely blocked. The plug or the slide pushes against seats, one each on the upstream or the downstream Side is arranged, which press against the valve body. More typical wise the plug or slide is a little floating, so that in one Sealing situation of the upstream fluid pressure causes the Plug or the slide is strongly pressed against the downstream seat which in turn is pressed against the valve body, which so that forms a seal.

Bei dem Zustand gesperrter Strömung, der oben beschrieben ist, liegt gewöhnlich ein großer Druck innerhalb des Ventilhohlraumes vor, welcher den Stopfen oder den Schieber aufnimmt und abdichtet, weil Fluid unter Druck zwischen dem Stopfen oder den Schieber und die Sitze eintritt. Der stromabwärtige Sitz wird stark gegen den Ventilkörper durch das Fluid in dem Strömungsweg gedrückt, welches durch den Stopfen oder den Schieber übertragen wird. In dem Fall, daß Fluiddruck stromaufwärts plötzlich abgezapft wird, hat die stromaufwärtige Dichtung, die zwischen dem stromaufwärtigen Sitz und dem Ventilkörper gebildet ist, eine Neigung, Druck in dem Hohlraum zu halten bzw. aufrechtzuerhalten, so daß die resultierende Druckkraft auf die stromaufwärtige Seite des strom aufwärtigen Sitzes bewirkt, daß der stromaufwärtige Sitz gegen den Stopfen oder den Schieber gedrückt wird. Der Zustand aufgebauten Druckes erfordert ein signifikant höheres Betriebsdrehmoment zur Dre hung des Stopfens oder zur Bewegung des Schiebers und kann zu Über beanspruchung von Bauteilen führen, wenn eine Temperaturänderung auftritt, während das Ventil in diesem Zustand ist.The blocked flow condition described above is usually a large pressure within the valve cavity, which picks up and seals the stopper or slide because of fluid underneath Pressure between the plug or slider and the seats occurs. The downstream seat is strongly against the valve body by the Fluid pressed in the flow path, which through the plug or the slider is transmitted. In the event that fluid pressure is upstream is suddenly tapped, the upstream seal has that between the upstream seat and the valve body is formed, a Tendency to maintain pressure in the cavity, so that the resulting compressive force on the upstream side of the stream upward seat causes the upstream seat against the Plug or the slide is pressed. The state built up Pressure requires a significantly higher operating torque to the Dre hung the plug or to move the slide and can over stress on components when a temperature change occurs while the valve is in this state.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Ventil auszulegen, daß das zuvor er wähnte Problem löst und das gleichzeitig eine zuverlässige Dichtung während jeglicher Betriebsart schafft, leicht entfernbare Teile aufweist und leicht instandhaltbar ist, sowie Bauteile aufweist, die leicht hergestellt werden können.It is an object of the invention to design a valve that he previously solves the above-mentioned problem and at the same time a reliable seal creates during any operating mode, has easily removable parts and is easy to maintain, and has components that are easily manufactured can be.

Die vorliegende Erfindung weist ein Ventil auf, welches einen Ventilkör per mit einem im allgemeinen zylindrischen Hohlraum mit zumindest einem Einlaßanschluß und einem Auslaßanschluß aufweist, welcher darin einen im allgemeinen zylindrischen Stopfen oder einen Schieber mit einer Durchgangsbohrung drehbar darin aufgenommen hat, welche wahlweise mit dem Einlaß- und Auslaßanschluß ausgerichtet werden kann, um einen Strömungsweg zu bilden. Das Ventil weist desweiteren zumindest zwei Sitze auf, die als zylindrische Segmente ausgebildet sind und eine oder mehrere Dichtungseinrichtungen aufweisen, die so angeordnet sind, daß das zuvor erwähnte Ziel der Erfindung erreicht wird.The present invention has a valve which has a valve body per with a generally cylindrical cavity with at least has an inlet port and an outlet port which is therein a generally cylindrical plug or slide with a Through hole has rotatably received in it, which is optional can be aligned with the inlet and outlet ports to one Form flow path. The valve also has at least two Seats that are designed as cylindrical segments and one or have a plurality of sealing devices which are arranged such that the aforementioned object of the invention is achieved.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit den Zeichnungen.Further advantages, features and possible uses of the invention result from the following description of exemplary embodiments play in connection with the drawings.

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht eines Stopfenventils und eine Sitz anordnung in einem Ventilkörperhohlraum. Fig. 1 is a partial sectional view of a plug valve and a seat assembly in a valve body cavity.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Sitzes mit einer durchgehenden Dichtung. Fig. 2 is a sectional view of a seat with a continuous seal.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Sitzes mit einer durchgehenden Dichtung und zumindest einer Hilfs- bzw. Satellitendichtung. Fig. 3 is a sectional view of a seat with a continuous seal and at least one auxiliary or satellite seal.

Fig. 4 ist eine Teilschnittansicht eines Absperrschiebers und einer Sitzanordnung in einem Ventilkörperhohlraum. Fig. 4 is a partial sectional view of a gate valve and a seat assembly in a valve body cavity.

Fig. 5 ist eine Teilschnittansicht einer Dichtung. Fig. 5 is a partial sectional view of a seal.

Fig. 6 ist eine Teilschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Dichtung. Fig. 6 is a partial sectional view of another embodiment of a seal.

Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht noch eines weiteren Ausführungsbei spiels einer Dichtung. Fig. 7 is a partial sectional view of yet another embodiment of a seal.

In Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht eines Ventilkörpers 10 mit einem im allgemeinen zylindrischen Körperhohlraum 12 gezeigt, der darin einen drehbaren Stopfen 14 mit einer Durchgangsbohrung 16 aufnimmt. Der Ventilkörper 10 weist einen Einlaßanschluß 18 und einen Auslaßanschluß 20 auf. Der Stopfen 14 ist an einem Schaft 22 mit einer konventionellen Einrichtung zum Ausüben eines Drehmomentes zur Drehung des Stopfens 14 angebracht, so daß die Durchgangsbohrung 16 mit dem Einlaß- und Auslaßanschluß 18, 20 ausgerichtet ist, um eine Strömung durch den Ventilkörper 10 zuzulassen, welcher einen Strömungsweg bildet. Auf der stromaufwärtigen Seite des Stopfens 14 ist ein stromaufwärtiger Sitz 24 mit einer zentralen Öffnung 26 dahindurch zwischen dem Stopfen 14 und dem Ventilkörper 10 angeordnet. Auf der stromabwärtigen Seite des Stopfens 14 ist ein stromabwärtiger Sitz 28 mit einer zentralen Öffnung 30 dahindurch zwischen dem Stopfen 14 und dem Ventilkörper 10 angeordnet. Jeder Sitz 24, 28 ist im allgemeinen wie ein zylindrisches Segment ausgebildet und weist ein inneres 32 und äußeres Dichtungs element 34 auf. Die Dichtungselemente sind flexible durchgehende Dich tungen, die den Strömungsweg umgeben und durchgehende Dichtungen zwischen den Sitzen 24, 28 und dem Ventilkörper 10 bilden. Die Dich tungselemente 32, 34 können in Kanälen 36 an den Sitzen 24, 28 aufge nommen sein. Jeder Sitz weist eine Kerbe 38 oder eine ähnliche Ein richtung an den oberen und unteren Enden zum Ausrichten des Sitzes während der Montage auf.In Fig. 1 is a partial sectional view of a valve body 10 is shown having a generally cylindrical body cavity 12, which accommodates therein a rotatable plug 14 with a through hole 16. The valve body 10 has an inlet connection 18 and an outlet connection 20 . The plug 14 is attached to a stem 22 with conventional torque applying means for rotating the plug 14 so that the through bore 16 is aligned with the inlet and outlet ports 18 , 20 to allow flow through the valve body 10 which forms a flow path. On the upstream side of the plug 14 there is an upstream seat 24 with a central opening 26 therethrough between the plug 14 and the valve body 10 . On the downstream side of the plug 14, there is a downstream seat 28 with a central opening 30 therethrough between the plug 14 and the valve body 10 . Each seat 24 , 28 is generally designed as a cylindrical segment and has an inner 32 and outer sealing element 34 . The sealing elements are flexible through you lines that surround the flow path and form continuous seals between the seats 24 , 28 and the valve body 10 . The processing elements 32 , 34 can be taken up in channels 36 on the seats 24 , 28 . Each seat has a notch 38 or a similar direction at the upper and lower ends for aligning the seat during assembly.

Die Dichtungselemente 32, 34 sind im allgemeinen konzentrisch um den Strömungsweg derart angeordnet, daß jedes innere Dichtungselement 32 einen ersten Durchmesser hat und jedes äußeres Dichtungselement 34 einen zweiten Durchmesser hat, der größer als der erste Durchmesser ist. Der Dichtungskontaktpunkt 40 zwischen jedem Sitz 32, 34 und dem Stopfen 14 bildet eine durchgehende Metall-Metall-Dichtung, welche einen Durchmesser hat, der größer ist als der erste Durchmesser und geringer ist als der zweite Durchmesser, und zwar aus einem Grunde, der nachfolgend beschrieben wird.Sealing elements 32 , 34 are generally arranged concentrically around the flow path such that each inner sealing element 32 has a first diameter and each outer sealing element 34 has a second diameter that is larger than the first diameter. The seal contact point 40 between each seat 32 , 34 and the plug 14 forms a continuous metal-to-metal seal that has a diameter that is greater than the first diameter and less than the second diameter, for a reason that follows is described.

Der Stopfen 14 ist etwas schwimmend in dem Ventilhohlraum derart angeordnet, daß während Zuständen der Strömungsunterbrechung der stromaufwärtige Fluiddruck bewirkt, daß der Stopfen 14 gegen den stromabwärtigen Sitz 28 gedrückt wird, welcher seinerseits gegen den Ventilkörper 10 stromabwärts gedrückt wird. Durch Auslegen des Durch messers der inneren Dichtungen 32 kleiner als der Stopfensitzdurchmesser werden eine strömabwärtige Dichtung und eine stromaufwärtige Dichtung effektiver beibehalten. Eine derartige Größenauslegung verhindert, daß der Druck des Strömungsweges zwischen den Sitzen 24, 28 und dem Ventilkörper 10 wirkt. Indem der Durchmesser der äußeren Dichtung 34 größer dimensioniert ist als der Stopfensitzdurchmesser, wird verhindert, daß eine große Kraft infolge des Hohlraumdruckes, welche in dem Ventilhohlraum 12 außerhalb des Strömungsweges existiert, zwischen den Ventilsitzen 24, 28 und dem Ventilkörper 10 wirkt. Die Dichtungselemen te 32, 34 in dem stromaufwärtigen Sitz 24 drücken den stromaufwärtigen Sitz 24 gegen den Stopfen 14. Normalerweise werden der Stopfen 14 und der stromabwärtige Sitz 28 gegen den Ventilkörper 10 stromabwärts gedrückt.The plug 14 is positioned somewhat floating in the valve cavity such that, during flow interruption conditions, the upstream fluid pressure causes the plug 14 to be pressed against the downstream seat 28 , which in turn is pressed against the valve body 10 downstream. By designing the diameter of the inner seals 32 to be smaller than the plug seat diameter, a downstream seal and an upstream seal are maintained more effectively. Such a size design prevents the pressure of the flow path between the seats 24 , 28 and the valve body 10 from acting. By making the diameter of the outer seal 34 larger than the plug seat diameter, a large force due to the cavity pressure existing in the valve cavity 12 outside the flow path is prevented from acting between the valve seats 24 , 28 and the valve body 10 . The sealing elements 32 , 34 in the upstream seat 24 press the upstream seat 24 against the plug 14 . Typically, plug 14 and downstream seat 28 are pressed against valve body 10 downstream.

Wenn der Ventilstopfen 14 in einer geschlossenen Position ist und Fluiddruck plötzlich stromabwärts abgezapft wird, neigt die stromabwärti ge Dichtung, die zwischen dem stromabwärtigen Sitz 24 und dem Ventil körper 10 ausgebildet ist, dazu, Druck in dem Hohlraum 12 derart aufrechtzuerhalten, daß die resultierende Druckkraft auf der stromaufwär tigen Seite der stromaufwärtigen Dichtung 24 bewirkt, daß der strom aufwärtige Sitz 24 gegen den Stopfen 14 gedrückt wird. Um diesen aufrechterhaltenen Druckzustand zu verhindern, welcher ein signifikant höheres Betriebsdrehmoment zum Rotieren des Stopfens 14 benötigt und welcher zu Überbeanspruchung von Bauteilen führen kann, wenn eine Temperaturänderung auftritt, während das Ventil in diesem Zustand ist, ist es kritisch, daß das äußere Dichtungselement 34 einen größeren Durchmesser aufweist als die Stopfensitzdichtung, wie oben diskutiert, um die resultierende Kraft des im Hohlraum aufrechterhaltenen Druckes auf den Sitz 24 zu reduzieren.When the valve plug 14 is in a closed position and fluid pressure is suddenly tapped downstream, the downstream seal formed between the downstream seat 24 and the valve body 10 tends to maintain pressure in the cavity 12 such that the resulting compressive force on the upstream side of the upstream seal 24 causes the upstream seat 24 to be pressed against the plug 14 . In order to prevent this maintained pressure condition, which requires a significantly higher operating torque to rotate the plug 14 and which can result in component stress when a temperature change occurs while the valve is in this condition, it is critical that the outer sealing member 34 unite has a larger diameter than the plug seat seal, as discussed above, to reduce the resulting force of the pressure on the seat 24 maintained in the cavity.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sitze 100, wie es Fig. 2 gezeigt ist, benötigt lediglich ein Dichtungselement 102 für Anwendungen, die Strö mungswege relativ kleinen Durchmessers beinhalten, wo der Kontakt zwischen einem stromaufwärtigen Sitz und einem Stopfen zu Reibungs kräften relativ kleiner Größe führen würde, so daß das benötigte Be triebsdrehmoment nicht übermäßig groß sein würde. Bei diesem Aus führungsbeispiel ist es wesentlich, daß der Durchmesser der Dichtung 102 größer ist als der Durchmesser der Stopfensitzdichtung, um große Kräfte vom Hohlraumdruck zwischen dem Sitz und dem Ventilkörper 10 zu verhindern.Another embodiment of the seats 100 , as shown in FIG. 2, only requires a sealing member 102 for applications involving relatively small diameter flow paths where contact between an upstream seat and a plug would result in relatively small size frictional forces. so that the required operating torque would not be excessive. In this exemplary embodiment, it is essential that the diameter of the seal 102 is larger than the diameter of the plug seat seal in order to prevent large forces from the cavity pressure between the seat and the valve body 10 .

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel für die Sitze 200, wie in Fig. 3 gezeigt, wirkt ein Dichtungselement 202 mit einem Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser der Stopfensitzdichtung ist, wie oben unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Eine oder mehrere Hilfsdichtungen bzw. Satellitendichtungen 203 in Form von durchgehenden geschlossenen flexiblen Dichtungen außerhalb des Umfanges der inneren Dichtung 202 wirkt bzw. wirken so, daß verhindert wird, daß der Druck im Hohlraum über die gesamte Fläche der Sitzfläche wirkt, um so die resultierende Kraft zu reduzieren. Die Anzahl und Größe derartiger Dichtungen 203 kann so ausgewählt werden, daß verhindert wird, daß die resultierende Kraft den verbleibenden Druck im Hohlraum überwindet und bewirkt, daß der Sitz gegen den Stopfen gedrückt wird.In another embodiment for the seats 200 , as shown in FIG. 3, a sealing element 202 with a diameter that is smaller than the diameter of the plug seat seal acts, as described above with reference to FIG. 1. One or more auxiliary seals or satellite seals 203 in the form of continuous closed flexible seals outside the circumference of the inner seal 202 act to prevent the pressure in the cavity from acting over the entire surface of the seat surface, so the resulting force to reduce. The number and size of such seals 203 can be selected to prevent the resulting force from overcoming the remaining pressure in the cavity and causing the seat to be pressed against the plug.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt die vorliegende Erfindung unter Verwendung der Sitzdichtungsanordnung nach Fig. 1 mit einem Schieber 300 eines Absperrschiebers. Ein zylindrischer Hohlraum 302 und Sitze 304 mit zylindrischen Außenkonturen werden angewendet. Die Funktion ist im wesentlichen derselbe wie der des Ausführungsbeispiels, das unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben ist.The exemplary embodiment according to FIG. 4 shows the present invention using the seat seal arrangement according to FIG. 1 with a slide 300 of a gate valve. A cylindrical cavity 302 and seats 304 with cylindrical outer contours are used. The function is essentially the same as that of the embodiment described with reference to FIG. 1.

Fig. 5 zeigt eine Form der inneren und äußeren Dichtungselemente 32, 34 mit einer Querschnittsform mit einem konvexen Abschnitt 400, der so angepaßt ist, daß der Ventilkörper 10 und Anti-Extrusionselemente 402 kontaktiert werden. Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen das Dichtungs element 32, 34 mit einem Anti-Extrusionselement 404 bzw. ohne Anti- Extrusionselement. Andere geeignete Querschnitte können verwendet werden. FIG. 5 shows a shape of the inner and outer sealing members 32 , 34 having a cross-sectional shape with a convex portion 400 that is adapted to contact the valve body 10 and anti-extrusion members 402 . FIGS. 6 and 7 illustrate the sealing element 32, 34 with an anti-extrusion elements 404 and without anti-extrusion element. Other suitable cross sections can be used.

Bei den Sitzausführungsbeispielen, welche innere und äußere Dichtungs elemente 32, 34 anwenden, ist es vorteilhaft, ein kleines gebohrtes Loch benachbart zu und in Kommunikation mit der äußeren Dichtungsnut 36 zu schaffen, um einen Druckaufbau zwischen der inneren 23 und der äußeren Dichtung 34 zu umgehen, welche durch Schmierfett oder ähn liches bewirkt wird, das während der Installation verwendet wird.In the seat designs using inner and outer seal members 32 , 34 , it is advantageous to create a small drilled hole adjacent to and in communication with the outer seal groove 36 to avoid pressure build-up between the inner 23 and outer seal 34 caused by grease or the like used during installation.

Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben und gezeigt worden ist, ist klar, das Variationen und Modifikationen ausgeführt werden können, ohne von dem abzuweichen, was als der Umfang und der Geist der Erfindung angesehen wird.Although a preferred embodiment is described and shown it is clear that variations and modifications have been made can be without deviating from what is called the scope and the spirit of the invention is viewed.

Claims

1. A flow control valve comprising: a valve body having a generally cylindrical cavity and at least two ports;
a generally cylindrical plug rotatably received within the cavity and having a through bore that can optionally be aligned with the valve ports to define a flow path;
at least two seats, each having a through opening communicating with and aligning the opening with one of the ports, each seat being located between the plug and the valve body, forming a closed, continuous seat-plug seal, which surrounds the flow path;
wherein each seat has a first sealing device which forms a closed, continuous seal between the seat and the valve body, which surrounds the flow path and has a first diameter which is smaller than the diameter of the respective seat-plug seal;
wherein each seat has a second sealing device which forms a closed continuous seal between the seat and the valve body, which surrounds the flow path, and has a second diameter which is larger than the diameter of the respective seat-plug seal.

2. A valve for controlling a flow, which has:
a valve body having a generally cylindrical cavity and at least two ports;
a generally cylindrical plug rotatably received within the cavity and having a through bore that can optionally be aligned with the valve ports to define a flow path;
at least two seats, each having a through opening that communicates and aligns the opening with one of the ports, each seat being located between the plug and the valve body, forming a closed, standard seat-plug seal, that surrounds the flow path;
wherein each seat has a sealing device which forms a closed, continuous seal between the seat and the valve body, which surrounds the flow path and has a diameter which is larger than the diameter of the respective seat-plug seal.

3. A flow control valve which comprises:
a valve body with a substantially cylindrical hollow space and at least two connections;
a generally cylindrical plug rotatably received within the cavity and having a through bore that can optionally be aligned with the valve ports to define a flow path;
at least two seats, each having an opening therethrough that communicates and aligns the opening with one of the ports, each seat being located between the plug and the valve body, forming a closed, standard seat-plug seal, that surrounds the flow path;
each seat having a first seal means forming a closed, continuous seal between the seat and the valve body surrounding the flow path and having a first diameter which is less than the diameter of the respective seat-plug seal;
wherein each seat has at least one satellite sealing device which forms a closed, continuous seal between the seat and the valve body and is arranged outside the circumference of the first sealing device.