DE2241521A1

DE2241521A1 - Kugelventil

Info

Publication number: DE2241521A1
Application number: DE2241521A
Authority: DE
Inventors: Ernest W Geipel
Original assignee: Crane Co
Current assignee: Crane Co
Priority date: 1971-09-24
Filing date: 1972-08-24
Publication date: 1973-04-12
Also published as: CA958000A; AU4593472A; FR2154098A5; DE2241521B2; AU463158B2; ES406457A1; NL169217C; NL7211411A; DE2241521C3; JPS4840026A; NL169217B; GB1346123A; JPS505809B2; US3717323A

Description

I)R. ING. E. HOFFMANN · DIPr-ING-W-EITX₁E · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWÄLTE . D-8000 MOHCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

Crane Co., New York, N.Y./USA · .

Kugelventil

Die Erfindung betrifft ein Kugelventil, insbesondere ein Kugelventil mit einer verbesserten Sitzkonstruktion, die eine wirksame Dichtung zwischen dem kugelförmigen Abschlußorgari und den ringförmigen Sitzen bildet, welche normalerweise einem solchen Organ zugeordnet sind.

In Kugelventilen werden üblicherweise an den entgegengesetzten Seiten des kugelförmigen Abschlußorgans angeordnete ringförmige Sitze verwendet, welche die Kugel berühren und auf diese V/eise eine wirksame Dichtung bilden, wodurch sie ein Durchströmen der Kugel verhindern, wenn die Kugel sich in geschlossener Stellung befindet.

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Durch das kugelförmige Abschlußorgan erstreckt sich ein Gang, welcher aui' die Einlaß- und Auslaßbereiche des Ventiles ausgerichtet wird, um durch Drehen der Kugel um 9o in der üblichen bekannti
men der Kugel zu gestatten.

9o in der üblichen bekannten Art und Weise ein Durchströ-

Die Konstruktion des Sitzes ist ein sehr wichtiger Punkt bei der Konstruktion von Kugelventilen. Eine einwandfreie Konstruktion und Bauweise ist eine dringende Forderung, um ein Ausblasen des Sitzes während der Betätigung des Ventils auszuschließen, ein Reißen des Sitzes beim Drehen des kugelförmigen Abschlußorgans zu reduzieren, eine gleichmäßige Abnutzung der Sitze sicherzustellen und um die Kugel innerhalb ihres gesamten Drehungsbereichs leicht handhaben zu können.

Zwei vorrangige Probleme bei der Konstruktion von Kugelventilen betreffen das Ausblasen des Sitzes und eine einwandfreie Vorspannung desselben. Der letztere Begriff hängt mit dem statischen Druck zusammen, der in Form von Kompression durch den Sitz auf die Kugeln ausgeübt wird, um eine ausreichende Dichtung herzustellen und doch ein Drehen des kugelförmigen Abschlußorgans mit maßvoller Kraft zu ermöglichen.

Das Hauptziel der Erfindung ist es, eine Sitzkonstruktion für ein Kugelventil vorzusehen, in welcher der Sitz gegen das kugelförmige Abschlußorgan vorgespannt ist und gleichzeitig eine Dichtung gegen den Ventilkorper herstellt.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Kugelventil vorzusehen, dessen neuartige Sitz- und Endringanordnung einen leichten Zusammenbau des Ventils ermöglicht und

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die zusätzliche Zeit einspart, die bisher zum Anpassen der Vorspannung des Sitzes benötigt wurde.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß folgende Teile vorgesehen sind:

(a) ein allgemein zylindrisches Ventilgehäuse mit einem

Eingang und einem Ausgang und einem zentralen Bereich reduzierten Durchmessers, an dem voneinander abgesetzte und im Kreisumfang laufende Schultern ausgebildet sind,

(b) ein kugelförmiges Abschlußorgan, durch das sich ein

Gang erstreckt, und das in Verbindung und außer Verbindung mit dem Eingang und dem Ausgang gedreht zu werden vermag,

(c) ein ringförmiger flexibler Ventilsitz mit einer Vorderfläche., die an der umlaufenden Schulter anliegt und den Sitz in bezug auf die Kugel anordnet, und einem .rückwärtigen Bereich, der eine nach innen gerichtete kegelstumpfförmige Ausnehmung aufweist, und

(d) ein Endring, jeweils axial an jedem Ventilsitz angeordnet und einen in der Ausnehmung aufgenommenen kegelstumpfförmigen Bereich aufweisend, zum Abdichten des Sitzes gegen das Ventilgehäuse im Bereich der Schulter und gleichzeitigem Anordnen des Sitzes in bezug auf die Kugel und Vorspannen des Sitzes, wenn der Endring zum Anordnen des Sitzes an der Schulter vorwärts bewegt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist.

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Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch das Kugelventil, und

Fig. 2 ist ein Fig. 1 ähnlicher vergrößerter Teilschnitt der neuartigen Sitzanordnung.

Nachstehend wird Bezug auf die Zeichnung genommen. In Fig. 1 weist das Kugelventil Io einen allgemein zylindrischen Körper 12 mit einer inneren Kammer 14 auf, die mit zwei Strömungswegen 16, 18 in Verbindung steht. Der allgemein zylindrisch gehaltene Körper könnte auch einen achteckigen oder ähnlichen Querschnitt aufweisen. Die Wege 16, 18 stellen die üblichen Einlaß- und Auslaßgänge des Ventilkörpers dar, welche bei Bedarf auch vertauscht werden können, je nachdem, von welcher Seite das Strömungsmittel in den Körper 12 eingelassen wird.

Zum Regulieren des Durchflusses durch das Ventil ist eine drehbare Kugel zum Regeln des Durchflusses bzw. ein Abschlußorgan 2o mit einer durchgehenden axialen öffnung 22 auf die Gänge 16, 18 ausgerichtet. Ringförmige Ventilsitze 24, 26 erfassen die entgegengesetzten Seiten der Kugel 2o als Dichtung und laufen an der öffnung 22 innen entlang. Die Sitze 24, 26 sind aus einem der üblicherweise für solche Zwecke verwendeten nachgiebigen elastischen Materialien hergestellt, wobei Polytetrafluoräthylen und elastische Gummiverbindungen häufig verwendet werden.

Durch Drehen des Abschlußorgans 2o um 9° wird die öffnung 22 quer zu den Sitzen 24, 26 gestellt, um auf diese Weise einen Durchfluß durch das Ventil zu verhindern.

Die Drehung der Kugel 2o erfolgt durch den Schaft j52 mit einem im Querschnitt rechtwinkligen Stirnteil ^4, der in eine rechtwinklige, oben in die Kugel eingefräste Ausnehmung ;J6 eingesetzt ist, wodurch eine dem Antrieb dienende

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Verbindung zwischen Kugel und Schaft hergestellt ist. Der am Schaft J>2 unmittelbar über dem Endteil 3^ angeformte Bund 38 verhindert ein unvorhergesehenes Entfernen des Schaftes 32 oben aus dem Ventilkörper und gleicherweise ein Ausblasen des Schaftes, wenn die äußeren Teile des Ventils wie Muttern und Dichtung entfernt-wurden.

Der Bund 38 ist in einer inneren Bohrung 39 angeordnet , und die Druckscheibe 4o ist, wie gezeigt, am Schaft 32 zwischen Bund 38 und Korper 12 eingesetzt. Die aus nachgiebigem Dichtungsmaterial hergestellte Dichtung 42 umgibt den Schaft 32 in einer äußeren Bohrung 44 am Gehäuse und wird in dieser Bohrung durch die Kappe 46 festgehalten, welche durch Federn 49 gespannt wird. Letztere werden durch die auf Schaft j52 aufgeschraubte Dichtungsmutter 48 zusammengedrückt. Durch " das Anziehen der Dichtungsmutter 48 am Schaft 32 wird der Bund 38 und die Druckscheibe 4o in Kontakt mit dem Körper 12 gezogen, um dadurch die Dichtung K'd in bekannter weise ' fest anzubringen. Die Federn 49 sind zwei konvex geformte Scheibenfedern, die gegen einander angeordnet sind, um eine maximale Durchbiegung zu ermöglichen, ehe die Federn flach werden. An einander gegenüberliegenden Seiten des Schaftes 32 sind ebene Bereiche 52 ausgebildet, die dazu dienen, eine entsprechende öffnung 54 im Griff 50 aufzunehmen, um eine Antriebsverbindung zwischen Griff und Schaft herzustellen. Der Griff 50 ist am Schaft 32 mittels einer Schaftmutter 58 befestigt, und eine Anzeigeplatte 56 ist zwischen Griff und Muttern eingesetzt.

Die Sitze 24, 26 sind im Körper durch Endringe 28, festgehalten, die jeweils in den mit Innengewinde versehenen Strömungswegen l6, l8 eingeschraubt sind. Jeweils in den Endringen 28, 3o vorgesehene Schlitze 25, 29 dienen zur Aufnahme eines Treib- oder sonstigen Werkzeugs zum Drehen der Endringe. In die mit Gewinde versehenen Wege l6, 18 sind einerseits

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Endringe 28, J>o und andererseits, wenn das Ventil In eine Leitung eingesetzt 1st, Rohre eingeschraubt. Außerdem können »lbstverständlich mit Planschen versehene Verbindungen anstelle der Gewindeverbindungen verwendet werden, wenn dies gewünscht wird, ohne daß deshalb der Bereich oder das Ziel der Erfindung verlassen würde. In Fig. 2 können die neuartigen Merkmale der Erfindung in vergrößertem Maßstabe leichter erkannt werden. Der Sitz 26, der die gleiche Bauweise wie Sitz 24 aufweist, ist im Körper in der Weise axial angeordnet, daß er an der Schulter 7o anliegen kann. Die Schulter ist dadurch hergestellt, daß die Ventilkammer ausreichend hinterdreht wurde, um eine axiale Verschiebung des Sitzes zu verhindern, wenn der Sitz an der Schulter befestigt wird und um die Möglichkeit eines Ausblasens des Sitzes aus dem Körper auszuschließen, wenn der Sitz während des Gebrauchs dem Arbeitsdruck unterworfen ist. Ein solches Ausblasen geschieht üblicherweise, wenn auf der stromaufwärts liegenden Seite des Ventilsitzes ein voller Differenzdruck besteht. Die Innengewinde an den Wegen 16, 18 enden in einem ausreichenden Abstand vor den Schultern fo_t so daß glatte Wände um die Sitze 24, 26 herum vorgesehen sind. Die Endringe 28, 3o sind jeweils,wie bei 31, J52 gezeigt, hinterschnitten, um eine freie Berührung der Endringe sicherzustellen, wenn sie in den Gang eingeschraubt werden. Der als Beispiel gezeigte Endring 3o besitzt an einem Segment seines äußeren Radius eine erste ebene Fläche 8o, welche senkrecht zur Achse des Ventilkörpers 12 liegt. Eine konische Fläche 82 erstreckt sich nach außen von der Ventilachse und konvergiert in Richtung auf diese. Diese konische Fläche 82 endet an einer zur Fläche 8o parallel laufenden zweiten ebenen Fläche 84, wodurch ein Kegelstumpf hergestellt ist, der sich auf die Ventilachse zu erstreckt und einen Konvergenzwinkel von ungefähr 45° vom Endring aufweist. Der Ventilsitz 26 besitzt eine Vorderfläche 27, die an der Schulter 7o anliegt. Der Innendurchmesser 29 des Sitzes 1st etwas größer als der

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Durchmesser der Öffnung 22 des Abschlußorgans 2o, um eine etwaige geringe Ausdehnung des Sitzes zu ermöglichen, wenn letzterer vorgespannt ist. Am Sitz 26 ist ein abgeschrägter Bereich 35 vorgesehen, der im allgemeinen der Kontur der Kugel entspricht, um eine ausreichende Kontaktfläche zwischen Kugel und Sitz zu ermöglichen und eine einwandfreie Dichtung zu gewährleisten. Der Rückenbereich des Sitzes, d.h. der allgemein mit der Bezugszahl 37 bezeichnete Bereich am Endring besitzt eine Oberfläche, die ergänzend zu der· bereits beschriebenen kegelstumpfförmigen Seite des Endrings gebildet ist. Die Sitze 24, 26, das kugelförmige Abschlußorgan 2o, und die Endringe 28, J>o weisen allgemein enge Toleranzen auf, um einen einwandfreien Sitz bei wechselnden Arbeitsbedingungen in bezug auf Druck und Temperatur zu gewährleisten.

Die Anordnung der Schulter 7o ist derart, daß der Sitz 26 das Abschlußorgan 2o nicht berührt, bis der Sitz einwandfrei gespannt ist. Der Endring 3o wird durch Weg l8 in den Körper 12 hineingeschraubt, um den Sitz 26 an der Schulter 7o dicht anzubringen. Der Endring ist so konstruiert, daß seine Oberfläche am Ventilsitz mit dem kegelstumpfförmigen Bereich 82 und Parallelflächen 8o, 84 den Sitz vorspannt, da die erste von der Vorderfläche 27 berührte Fläche die Schulter 7o ist. Wenn der Endring weiter vorwärts bewegt wird, bewirkt der Druck auf Ring 26 ein teilweises kaltes Fließen oder Gepreßtwerden desselben in den Bereich der Schulter 7o. Außerdem übt die kegelstumpfförmige Fläche 82 eine Druckkomponente aus, um die Dichtung zwischen Schulter 7o und Sitz 26 aufrechtzuerhalten. Dazu drückt die ebene Fläche 84 gegen den inneren peripherischen Bereich des Sitzes 26, so daß dieser gegen die Kugel vorgespannt ist. Dieses Vorspannen und Dichten' an der Schulterfläche wird durch das einmalige Zusammenwirken von Endring und Sitz bewerkstelligt. Nach Zusammendrücken des Sitzes bis zu dem Punkt, an

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dem er herausgepreßt wird, wird der Sitz anschließend durch einen anderen Bereich des Endrings, nämlich die- Fläche 8^ vorgeschoben, um auf diese Weise den Sitz bei einem zweckentsprechenden Druck vorzuspannen, und eine Dichtung zwischen dem Abschlußorgan 2o und Sitz 26 zu gewährleisten. Wenn also der Endring j5o zum Abschlußorgan 2o hin vorwärts bewegt wird, drückt der kegelstumpfförmige Bereich den Sitz zusammen, wodurch Druckkomponente den Sitz in dichtende Berührung mit der Kugel und mit dem Schulterbereich des Ventilkörpers drücken, um eine Dichtung in beiden Bereichen gleichzeitig herzustellen.

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Claims

tentansprüche

1.) Kugelventil, dadurch gekennzeichnet, faß folgende Teile in ihm vorgesehen sind:

(a) ein allgemein zylindrisches Ventilgehäuse (12) mit einem Eingang und einem Ausgang (16, 18) und einem zentralen Bereich reduzierten Durchmessers, an dem voneinander abgesetzte und im Kreisumfang laufende Schultern (7o) ausgebildet sind,

(b) ein kugelförmiges Abschlußorgan (2o), durch das sich ein Gang (22) erstreckt, und das in Verbindung und außer Verbindung mit dem Eingang und dem Ausgang (l6, l8) gedreht zu werden vermag,

(c) ein ringförmiger flexibler Ventilsitz (24, 26) mit

einer Vorderfläche (27), die an der umlaufenden Schulter (7o) anliegt und den Sitz in bezug auf die Kugel (2o) anordnet, und einem rückwärtigen Bereich, der eine nach innen gerichtete kegelstumpfförmige Ausnehmung (35) aufweist, und

(d) ein Endring (3o), jeweils axial an jedem Ventilsitz (24, 26) angeordnet und einen in der Ausnehmung (35) aufgenommenen kegelstumpfförmigen Bereich (82) aufweisend, zum Abdichten des Sitzes (24, 26) gegen das Ventilgehäuse (12) im Bereich der Schulter (7o) und gleichzeitigem Anordnen des Sitzes in bezug auf die Kugel (2o) und Vorspannen des Sitzes, wenn der Endring zum Anordnen des Sitzes gegen die Schulter vorwärts bewegt wird.

- Io -

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Io -

2. Kugelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmlge Bereich (02) und die kegelstumpfförmige Ausnehmung (35) zur Mitte des Abschlußorgans (2o) zu konvergieren.

5. Kugelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Bereich (82) und die kegelstumpfförmige Ausnehmung (35) zur Mitte des Abschlußorgans (2o) zu in einem Winkel von ungefähr 45° konvergieren.

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