DE2055467A1 - Abdichtungssystem an Absperrorganen - Google Patents

Abdichtungssystem an Absperrorganen

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DE2055467A1
DE2055467A1 DE19702055467 DE2055467A DE2055467A1 DE 2055467 A1 DE2055467 A1 DE 2055467A1 DE 19702055467 DE19702055467 DE 19702055467 DE 2055467 A DE2055467 A DE 2055467A DE 2055467 A1 DE2055467 A1 DE 2055467A1
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Germany
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sealing
ring
seat ring
sealing system
housing
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DE19702055467
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English (en)
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Theodor-Z. Dipl.-Ing. 1000 Berlin. P Belhazy
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Borsig GmbH
Original Assignee
Borsig GmbH
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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
    • 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
    • F16K5/0663Packings
    • F16K5/0673Composite packings
    • 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
    • F16K5/08Details
    • F16K5/14Special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together
    • F16K5/20Special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together for plugs with spherical surfaces
    • F16K5/205Sealing effected by the flowing medium

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)

Description

  • Abdichtungssystem an Absperrorganen Die Erfindung betrifft ein Abdichtungssystem zur Abgrenzung eines Bereiches unterschiedlichen Druckes in einem Spalt zwischen einem metallischen Gehäuse und einem beweglichen metallischen Mittelstück großer Abmessungen an Absperrorganen, für hohe Betriebsdrücke bzw. Druckunters¢hiede und weite Teiperaturbereiche.
  • Bei derartigen Abdichtungssystemen ist eine solche Ausbildung und Anordnung der feststehenden und beweglichen Dichtungsbestandteile erforderlich, die einerseits einfach und preisgünstig in der Herstellung sind und andererseits eine gute und dauerhafte Abdichtung unter den verschiedenartigsten Betriebabedingungen in bezug auf DruckgefElle, Temperatur und Zustand des durchfließenden Mittels ermöglichen. So ein Diohtungssystem soll zum Beispiel zwischen Nennweite 100 mm bis Nennweite 3.000 im und plus minus 200 Grad Celsius gleichermaßen funktionsföhig sein. Die hochdruckbeständige Abdichtung zwischen zwei aneinanderliegenden und beweglichen metallischen Maschinenteilen wie z.B. zwischen dem beweglichen Mittelstück und dem gehäuse eines Absperrorgans bedeutet mit wachsenden Nennweiten eine immer delikatere und aufwendigere Aufgabe bei der Verwendung der bisher bekannten Abdichtsysteme. Die metallenen Bauelemente verlangen selbst mit Kunststoffeinlagen naoh immer genauerer Bearbeitung und Anpassung. Dieses bedeutet in der Praxis ein gleichbleibendee absolutes Genauigkeitemaß, also eine mit der Abmessung steigende relative Genauigkeit. Wird bei einer Abmessung von 200 mal eine Formgenauigkeit von plus minus 0,1 mm verlangt, so entspricht das einer Genauigkeit von 1 1 2000. Bei Abmessung 2000 mm des gleiohen Teiles ist die abdichtungstechnisch zulässige Formtoleranz wiederum plus minus o,1 mm, was jetzt einer Genauigkeit von 1 t 20.000 entspricht und teohnisoh nicht mehr wirtschaftlich ist.
  • Es ist bekannt, zur Erfüllung der Erfordernisse der Erfindung ein Abdichtungssystem an einem Kugelhahn vorzusehen, bei dem der der Abdichtung zwischen dem drehbaren kugelförmigen Küken und den feststehenden Dichtungsbestandteilen dienende Dichtring aus relativ weichem Dichtungsmaterial beateht und über einen starren Sitzring, eine starre Führungsbuchse und kompakte Keilstücke mit dem Gehäuse verbunden ist (deutsche Patentschrift 1 224 107). Die Dichtwirkung wird hier über starre und gut geführte Zwischenglieder allein von den z.B. aus Kunststoff bestehenden Dichtring ausgeübt, wodurch eine Überbeanspruchung und somit plastische Verformung des Dichringes insgesamt und durch ungleichmäßiges Einführen der Keilstücke teilweise plastische Verformungen möglich sind, die leicht zu Undichtigkeiten im Abdichtungssystem führen können. Der wichtige Dichtring ist hier eine schwache Stelle des Abdichtungssystetns. Drei weitere sohwache Stellen dieses Abdichtungssystems sind erstens eine Begrenzung nach oben in der Dimensionierung, weil die Punktion dieses Systems eine geometrische Ähnlichkeit voraussetzt und der Dichtring nicht beliebig stark gefertigt werden darf, zweitens eine Verwendbarkeit allein in relativ niedrigen Druckstufen, da die Anordnung der Dichtringe keine höheren Belastungen zuläßt und drittens eine Begrenzung bezüglich der geographischen und temperaturmäßigen Einsatzmöglichkeiten dieses Systems, da es nur begrenzte Temperaturschwankungen verträgt, ohne schädliche Wirkungen auf die Dichtringe zu zeigen.
  • Die Erfindung soll das bessern. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abdichtungssystem zu aohaffen, das bei größten Abmessungen keine Verminderungen der Fertigungstoleranzen erforderlich macht und bei höchsten Druckdifferenzen und starken Temperaturschwankungen während des Betriebes Uberbeanspruchungen und damit plastische Verformungen der Dichtringe aus kunststoff vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein elastisch ausgebildeter metallischer Sitzring mit in Nuten befindlichen, vorderen Dichtringen zur besseren Anpassung an die Dichtfläche des Mittelatückes unter Betriebsbedingungen elastisch verformbar ist.
  • Um eine gute Abdichtung unter allen vorkommenden Betriebebedingungen sicherzustellen, ohne dabei die Dichtring ge zu gefährden, bestehen nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Diohtringe aus Kunststoff und sind zur Erhaltung elastischer Verformbarkeit und Vermeidung plastischer Verformbarkeit entsprechend in dem Sitzring untergebraoht.
  • Um zu erreichen, daß der Dichtring unter starker Beanspruchung in die Tiefe seiner Nut elastisch nachgeben kann und bei jedem Betriebsmitteldruck die mechanische Vorspannung des Dichtringes gegen die Dichtfläche des MittelBtückee in etwa erhalten bleibt, ist nach der Erfindung an der tiefsten Stelle der Nut zur Aufnahme des Dichtringes ein Hohlraum vorhanden, der über Druokausgleiohebohrungen oder einen seitlichen Spalt oder anders mit dem Spalt zwischen dem Sitzring und der Dichtfläche des Nittelstückes verbunden ist.
  • Um zu gewährleisten, daß immer das Betriebsmittel die Abdichtung unterstützt, ist nach einer ferneren Ausbildung der Erfindung in der Einbettung des Sitzringes im Gehäuse zwischen dem Sitzring und dem Gehäuse ein breiter, o-ringartiger, weicher Ring ungefähr oder in der Mitte des Sitzringes so angeordnet, daß bei jeder möglichen Druckdifferenz zwischen den abzugrenzenden Räumen unterschiedlichen Druckes eine positive Differenzdruckfläche an dem Sitzring vorhanden ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher besohrieben. Es zeigen Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt durch ein Abdichtungssystem mit zwei Dichtringen, Fig. 2 einen Schnitt wie in Fig. 1, nur mit einem Dichtring und Druckfedern im Sitzring, Fig. 3 bis 9 verschiedene Formen von Dichtringen mit verschiedenen Druckausgleichadurchläs 8 en und Fig. 10 einen teilweisen Axialschnitt durch ein Abdichtungssystem an einem Kugelhahn in Schließstellung.
  • Zwischen Raum 1 und Raum 2 aneinanderliegender metallischer Bauelemente, die hier das feststehende Gehäuse 3 und das bewegliche Mittelstück 4 mit seiner Dichtfläche 4a eines Absperrorgans sind, herrscht eine Druckdifferenz. Die Räume 1 und 2 sind mit Hilfe des Abdichtungssystems gas- und flUssigkeitsdicht voneinander zu trennen. Zum Abdichtungssystem gehören in der Hauptsache der elastische, metallische Sitzring 5 mit dem oder den Dichtringen 6, die gegen die Dichtfläche 4a weisen, und der breite, o-ringartige, welche Ring 7, der die Abdichtung zwischen dem Gehäuse 3 und dem Sitzring 5 bewirkt. Eine Nut 8 im Gehäuse 3 ist für die Aufnahme des Sitzringes 5 und eine Nut 9 im Gehäuse 3 ist für die Auinahme des Ringes 7 bestimmt. Aussparungen 1o ii Sitzring 5 sind für Druokfedern ii vorgesehen, die die Anpressung des Sitzringes 5 an das Mittelstück 4 durch Abstützung gegen das Gehäuse 3 verstärken. Die Nuten 12 im Sitzring 5 nehmen den oder die Dichtringe 6 auf. Die Druckausgleichsbohrungen 13 im Dichtring 6 bzw. im Dichtring 6 und im Sitzring 5 verbinden den Spalt zwischen dem Sitzring 5 und der Dichtfläohe 4a des Mittelstückes 4 mit dem Hohlraum 14 hinter dem Dichtring 6. In Fig. 10 ist mit 15 der Durchgang im Gehäuse 3 und mit 16 der Durchgang im Mittelstück 4, das hier ein kugelförmiges Küken ist, dargestellt.
  • Die Wirkungsweise der Erfindung sei an einem Kugelhahn als Beispiel eins Absperrorgans erklärt (Fig. 1o). Das kugelförmige Mittelstück 4 versperrt mit seiner vollen Seite so den Durchgang 15 im Gehäuse 3, daß der Durchgang 16 im Mittelstück 4 senkrecht zum Durchgang 15 steht. Der Raum 1 im Innern des Kugelhahnes und der Raum 2 zum Anschlußstutzen des Kugelhahnes stehen unter verschieden hohen Drücken, die sich nicht ausgleichen dürfen. Der Sitzring 5 liegt unter der Wirkung der Druckfedern 11 an der Dichtfläche 4a des Mittelstückes 4 an. Die Dichtringe 6 sind ebenfalls zufolge der Wirkung der Druckfedern 11 - in ihren Nuten 12 elastisch beweglioh - soweit zurückgedrängt, daß sie bündig mit der Dichtfläche des glatt angedrückten Sitzringen 5 zu liegen kommen. Die Echlräume 14 hinter den Dichtringen 6 stehen wegen der Verbindung über die Druckausgleichsbohrungen 13 unter dem jeweils an den Dichtringen 6 im Spalt zwischen den Diohtflächen vorhandenem Druck. Die Dichtringe 6 sind auf dieae Weise mit einer größeren Flächenpressung mit der Dichtfläche 4a des Mittelstückes 4 dichtend verbunden als die metalliachenDichtflächendes Sitzringes 5 mit der Dichtfläche 4a zufolge der Wirkung der Druckfedern ii oder des Betriebsmitteldruckes aus dem Raum 1 oder 2 auf die Jeweilige poaktive Differenzdruckfläche des Sitzringes 5. Dadurch wird der abzudichtende Spalt zwischen dem Mittelstück 4 und dem Sitzring 5 sowohl in der Richtung von Raum 1 nach Raum 2 wie von Raum 2 nach Raum 1 wirkungavoll versperrt.
  • Um einen Druckausgleich auf dem Wege hinter dem Sitzring 5 zu vermeiden, ist dort in der Nut 9 der weiche, breite Ring 7 untergebracht, der durch seine o-ringartige Wirkung die Absperrung des hinteren Weges sichert. Da sich der Ring 7 gleichermaßen am Gehäuse 3 und am Sitzring 5 abstützt, verstärkt die sich dabei ergebende sogenannte Kolbenwirkung des Ringes 7 die Anpressung des Sitzringes 5 an das Mittelsttw 4. Der Sitzring 5 ist so ausgebildet bzw. profiliert, daß in seinem Profil an der Stelle bzw. den Stellen, an denen Dichtringe 6 untergebracht sind, der Querschnitt derart geschwächt ist, daß eine elastische Biegung des Sitzringes 5 unter Betriebebedingungen möglich und eine leichte und genaue Anpassung desselben an die Dichtfläohe 4a des Mittelstückes 4 gegeben ist, wodurch der Sitzring 5 nicht allein Träger der Dichtringe 6 ist, die allein abdichten sollen, sondern selbst eine gute Metall-áuf-Metall-Dichtung darstellt. In der Zusammenwirkung aller Teile des Abdichtungssystems dienen die Teile, bei denen die metallischen Dichtflächen des Sitzringes 5 gegen die Dichtfläche 4a des Mittelstückes 4 gepreßt sind, der Grob-Abdichtung und die Berührungsflächen der Dichtringe 6 mit der Dichtfläche 4a der Fein-Abdichtung.
  • Die Dichtringe 6 können neben dem Beispiel in Fig. 1 und Fig. 1o auf verschiedene Art und Weise mit verschiedenen mögliohen Querschnitten eingesetzt werden. Einige andere Beispiele zeigen die Fig. 2 bis 9. Wichtig ist dabei, daß die Dichtringe 6 so untergebracht sind, daß sie einerseits nicht aus ihren Nuten 12 herauespringen können und andererseits der Druck von einer gewählten Außenseite des Dichtringes 6 sicher hinter den Ring gelangen kann, ganz gleich ob mit Hilfe oder ohne Druckausgleichsbohrungen 13. Der Querschnitt des Dichtringes 6 muß so gestaltet sein, daß er bis zur bndigen Lage mit der Dichtfläche des Sitzringes 5 ohne Uberbelastung bzw. plastische Verformung belastet werden darf.
  • Zur Erleichterung des Zurückweichens des Dichtringes 6 kann der Hohlraum 14 hinter dem Dichtring 6 vorgesehen sein oder sonstwie die notwendige elastische Verformung des Dichtringes 6 möglich sein. Dieses kann durch Materialauswahl, Formgebung, Anbringungsart oder Aussparen erreicht werden.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei dem erfindungsgemäßen Abdichtungssystem mit äußerst einfaohen Mitteln bzw. einfacher Konstruktion eine sichere und relativ unempfindliche Abdichtung in allen möglichen Dimensionen, besonders auch bei großen Abmes- Rungen, mit gleiohbleibender Diohtwirkung zu erreichen ist.
  • Die in diesem Lösungsprinzip steokende doppelte Abdichtungsweise - grobe Abdichtung durch Metall-auf-Metall-Abdichtung und feine Abdichtung durch Eunststoff-auf-Metall-Abdichtung - erlaubt es außerdem, eine hochwertige Abdichtung preiswert zu erstellen. Die elastische Anordnung bzw. Anpassung der funktionellen Bauelemente gestattet ea, das Abdiohtungssystem locker, also mit großen Fertigungstoleranzen zusammenzubauen und für breite Sohrumpfungs- und Belastungsbereiche auszulegen.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Abdichtungssystem zur Abgrenzung eines Breiches unterschiedlichen Druckes in einem Spalt zwischen einem metallischen Gehäuse und einem beweglichen metallisohen Mittelstück großer Abmessungen an Abeperrorganen, für hohe Betriebsdrücke bzw. Druckunterschiede und weite Temperaturbereiche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein elastisch ausgebildeter metallischer Sitzring (5) mit in Nuten (12) befindlichen, vorderen Dinhtringen (6) zur besseren Anpassung an die Dichtfläche (4a) des Mittelstückes (4) unter Betriebsbedingungen elastisch verforibar ist.
2. Abdichtungssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dichtringe (6) aus Kunststoff bestehen und zur Erhaltung elastischer Verforbarkeit und Vermeidung plastisoher Verformbarkeit ettaprechend in dem Sitsring (5) untergebracht sind.
3. Abdichtungssystem Moh Anspruch 1 und 2, d a d u r o h g e k e n n t e i o h n e t , daß an der tiefsten Stelle der Nut (12) zur Aufnahme des Dichtringes (6) ein Hohlraum (14) vorhanden ist, der über Druckausgleichsbohrungen (13) oder einen seitlichen Spalt oder anders mit dem Spalt zwischen dem Sitzring (5) und der Dichtfläche (4a) des Mittelstückes (4) verbunden ist.
4. Abdichtungssystem nach Anspruch 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Einbettung des Sitsringes (5) im Gehäuse (3) zwischen dem Sitzring (5) und dem Gehäuse (7) ein breiter, o-ringartiger, weicher Ring (7) ungefähr oder in der Mitte des Sitzringes (5) so angeordnet ist, daß bei jeder möglichen Druckdifferenz zwischen Raum (1) und Raum (2) eine positive Differenzdruckfläohe an dem Sitzring (5) vorhanden ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2811035A1 (de) * 1977-03-15 1978-10-05 Posi Seal International Hochtemperaturbereich-ventildichtung
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CN111201392A (zh) * 2017-08-10 2020-05-26 嘉士凯国际有限责任公司 用于球阀的密封组件和包括这种密封组件的球阀
WO2023116997A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-29 Frese A/S A valve

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