DE2635259A1

DE2635259A1 - SHUT OFF VALVE FOR HIGH PRESSURE FLUID LINES

Info

Publication number: DE2635259A1
Application number: DE19762635259
Authority: DE
Inventors: Hans Bieri
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1976-08-05
Publication date: 1977-02-24
Also published as: CH609434A5

Abstract

The valve needles (12, 12') are pressed onto their valve seating surfaces (21, 21') and raised from them by means of hand wheels (25). The outlet bores (14, 16) extend transversely to the valve needles (12, 12'). Between each of the valve seating surfaces (21, 21') of the housing and the associated outlet bores there is a pressure chamber (13) in the form of a bore (15) surrounding the valve needle in a leaktight manner. As a result, the release of the flow takes place in two stages and cavitation phenomena at the valve seating surfaces (21) are thereby avoided. <IMAGE>

Description

6300 Gießen, den 4.8.1976 S/B 12.9156300 Giessen, August 4th, 1976 S / B 12.915

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

[-PL-ING. H. MISSUNG "1IPL-ING. R. SCHLEE
DIPL-ING. A. MISSLING
63 GIESSEN.ßismarckstraße 43 [-PL-ING. H. MISSUNG "1IPL-ING. R. SCHLEE
DIPL-ING. A. MISSLING
63 GIESSEN, Sismarckstrasse 43

Hans Bieri, 8330 Pfäffikon (Schweiz)Hans Bieri, 8330 Pfäffikon (Switzerland)

Tödistrasse 9
Abschlussventil für Hochdruckflüssigkeits^eitungenTödistrasse 9
Shut-off valve for high pressure fluid lines

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abschlussventil für Hochdruckflüssigkeitsleitungen, mit mindestens einer in einer Bohrung axial verschiebbaren Ventilnadel, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt.The invention relates to a shut-off valve for high pressure liquid lines, with at least one valve needle which is axially displaceable in a bore and which has a valve seat cooperates.

Bei hydraulischen Anlagen müssen die Druckleitungen üblicherweise durch ein Ventil zuverlässig abgeschlossen werden können, das sich bei Bedarf wieder öffnen lässt. Bei Niederdruck sind solche Ventile relativ problemlos. Bei hydraulischen Hochdruckanlagen, beispielsweise mit einem Druck in der Grössenordnung von 2800 kp/cm^ ergeben sich indessen grosse Schwierigkeiten. Es zeigt sich in der Praxis, dass hier die Ventilsitze überraschenderweise schon nach kurzer Betriebsdauer zerstört sind. Undichte Ventilsitze sind aber bei den hier zur Anwendung kommenden hohen Drücken nicht tragbar, da sie entweder zu Druckverlusten oder zu grossenIn hydraulic systems, the pressure lines usually have to be reliably closed by a valve that can be opened again if necessary. Such valves are relatively problem-free at low pressure. With hydraulic High-pressure systems, for example with a pressure in the order of magnitude of 2800 kp / cm ^, however, result great difficulties. It has been shown in practice that, surprisingly, the valve seats here after a short time Service life are destroyed. However, there are no leaky valve seats at the high pressures used here portable, as they either lead to pressure losses or too large

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Oelverlusten führen. Man hat versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu beheben, dass die Ventilnadeln und die Ventilsitze aus möglichst verschl/i^ssfestem, hochwertigem Material hergestellt wurden. Dies brachte zwar eine gewisse Verlängerung der Lebensdauer der Ventile aber keine vollständige Lösung des Problemes. Ausserdem wird dadurch die Herstellung solcher Ventilsitze sehr umständlich und kostspielig. Das Ausweichen auf grössere Bohrungen und grössere Ventilsitze ist zudem sehr beschränkt möglich, da sonst die auftretenden Kräfte nicht mehr sicher beherrscht werden.Lead to oil losses. Attempts have been made to remedy these difficulties by removing the valve needles and the Valve seats made of high-quality, wear-resistant as possible Material were made. Although this brought a certain increase in the service life of the valves, it was not a complete one Solution to the problem. In addition, this makes the manufacture of such valve seats very laborious and expensive. Switching to larger bores and larger valve seats is also possible to a very limited extent, since otherwise the occurring forces can no longer be safely controlled.

Mit der Erfindung soll das Problem gelöst werden, ein Abschlussventil für Flüssigkeitsleitungen zu schaffen, das sich besonders für Hochdruckanlagen eignet und auch nach längerer Betriebszeit noch zuverlässig abdichtet.The invention is intended to solve the problem, a shut-off valve for liquid lines, which is particularly suitable for high pressure systems and also after still reliably seals for a longer period of operation.

Die Erfindung mit der das erwähnte Problem gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der gehäusefesten Ventilsitzfläche und einer quer zur Axe der Ventilnadel verlaufenden Abgangsbohrung eine Druckkammer vorhanden ist, welche die aus einem metallischen Stück bestehende Ventilnadel dichtend umgibt, so dass die Freigabe des Durchflusses in zwei Stufen erfolgt.The invention with which the mentioned problem is solved is characterized in that between the housing-fixed Valve seat surface and a pressure chamber running transversely to the axis of the valve needle, which sealingly surrounds the valve needle, which consists of a metal piece, so that the flow is released takes place in two stages.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Zerstörung der Ventilsitze bei hydraulischen Hochdruckanlagen durch Kavitation entsteht. Im Moment wo die Ventilnadel sich geringfügig von der Sitzfläche abhebt, entsteht ein mit hoher Geschwindigkeit durch den sich bildenden engen Spalt vorbeiströmender Flüssigkeitsstrahl. Dieser reisst aus dem Material in der Nähe des Ventilsitzes Partikel heraus, was schon nach kurzer Zeit zu Undichtigkeiten des Ventilsitzes führt.Sobald das Ventil ganz geöffnet ist, wird diese Materialabtragung nicht mehr kritisch.The invention is based on the knowledge that the destruction of the valve seats in hydraulic high-pressure systems by Cavitation occurs. At the moment when the valve needle lifts slightly from the seat surface, a high speed occurs Liquid jet flowing past through the narrow gap that forms. This tears out of the material Particles emerge near the valve seat, which leads to leaks in the valve seat after a short time the valve is fully open, this material removal is no longer critical.

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Demgegenüber erfolgt bei der erfindungsgemässen Ausbildung des Abschlussventils die Freigabe des Durchflusses in zwei voneinander getrennten Stufen. Beim Abheben der Ventilnadel von ihrer Sitzfläche findet vorerst keine Strömung zum Verbraucher statt, sondern es erfolgt nur ein Auffüllen einer von der Ventilnadel freigegebenen Druckkammer, oder aber falls diese bereits gefüllt ist - erfolgt ein Druckaufbau. Erst wenn die Ventilnadel weiter zurückgezogen wird, gibt sie den Durchfluss in die zu einem Verbraucher führende Abgangsbohrung frei. Diese ist indessen weit weniger empfindlich gegen allfällige Undichtigkeiten.In contrast, in the design of the shut-off valve according to the invention, the flow is released in two separate stages. When the valve needle is lifted from its seat, there is initially no flow to the consumer instead, but only a filling of a pressure chamber released by the valve needle takes place, or else if this is already filled - a pressure build-up takes place. Only when the valve needle is withdrawn further does it give they free the flow into the outlet bore leading to a consumer. However, this is far less sensitive against any leaks.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsb.eispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen: The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Abschlussventil,1 shows a longitudinal section through a shut-off valve,

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 vergrösserten Ausschnitt aus dem Sitzbereich der Ventilnadeln.FIG. 2 shows an enlarged section from FIG. 1 the seat area of the valve needles.

Das Abschlussventil 1 wird in Hochdruckflüssigkeitsleitungen verwendet, um den Durchfluss von Flüssigkeit - vorzugsweise OeI - wahlweise öffnen oder schliessen zu können. Das Oeffnen oder Schliessen erfolgt mit Hilfe der beiden von Hand zu betätigenden Ventilorgane 2, 3. Diese wirken auf die Flüssigkeitsabgänge in Richtung der Pfeile B, C, ein, d.h. mit diesen Ventilorganen kann man den Durchfluss der Hochdruckflüssigkeit in Richtung der Pfeile B und C öffnen oder schliessen. In die Anschlussgewinde 4, 5 des Ventilgehäuses 6 werden Schlauch- oder Rohrnippel eingeschraubt, welche zu den betreffenden Hochdruckverbrauchern führen. Solche Hochdruckflüssigkeit kann beispielsweise für folgende Gebiete, verwendet werden: zur Druckprüfung von Gasbehältern, Rohrleitungen, Schläuchen; zur Druckerzeugung in hydraulischen Pressen; zur Schmierung von Drahtziehwerkzeugen; zum Vorspannen hochbeanspruchter Schrauben oder Betonarmierungs-The shut-off valve 1 is used in high pressure liquid lines to prevent the flow of liquid - preferably OeI - optionally to be able to open or close. The opening or closing takes place with the aid of the two manually operated valve members 2, 3. These act on the liquid outlets in the direction of arrows B, C, a, i.e. with these valve elements you can control the flow of the high pressure liquid open or close in the direction of arrows B and C. Into the connection threads 4, 5 of the valve housing 6 hose or pipe nipples are screwed in, which lead to the relevant high-pressure consumers. Such high pressure fluid can be used, for example, for the following areas: for pressure testing of gas containers, pipelines, Hoses; for generating pressure in hydraulic presses; for the lubrication of wire drawing tools; for pre-tensioning highly stressed screws or concrete reinforcement

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kabeln.cable.

Das aus einem einzigen Stück hergestellte Ventilgehäuse 6 besteht aus möglichst druckfestem, hochlegiertem Metall und weist mehrere Bohrungen auf, die alle geradlinig verlaufen und von der Aussenseite her aus dem vollen Material herausgebohrt wurden. Ueber den Gewindezapfen 26 ist eine mit GewindeThe valve housing 6 made of a single piece consists of a pressure-resistant, high-alloy metal and has several bores, all of which run in a straight line and are drilled out of the solid material from the outside became. About the threaded pin 26 is one with a thread

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versehene Büchse'& eingeschraubt, die ihrerseits in ein Gegenstück 8 eingreift, das beispielsweise das Gehäuse einer Druckquelle sein kann. Die Flüssigkeitszuleitung 9 mündet zentral in eine als Sackloch ausgebildete Zuleitungsbohrung 10 im Innern des Gewindezapfens 26 ein. Der hydraulische Druck in dieser Zuleitungsbohrung 10 kann in der Grössenordnung bis zu etwa 2800 kp/cm² liegen. Nahe am hinteren Ende dieser Zuleitungsbohrung 10 befindet sich eine schräg in diese einmündende Verbindungsbohrung 11, die in einer kurzen Distanz von ihrer Mündungsstelle in eine durchmessergrössere Bohrung 15 übergeht. Der Uebergang zwischen der engeren Bohrung 11 und der durchmessergrösseren Bohrung 15 bildet eine kegelstumpfförmige Ventilsitzfläche 21. Diese ist zum Zusammenwirken mit dem kegelförmigen Ende 29 einer Ventilnadel 12 bestimmt. Zusammen bilden sie einen Ventilsitz. Wenn das kegelförmige Ende 29 gegen die Ventilsitzfläche 21 anliegt, erfolgt eine Abdichtung, so dass dann der Flüssigkeitsdurchfluss gesperrt ist. Die Ventilnadel 12 sitzt axialverschiebbar mit hoher Präzision in der Bohrung 15, so dass sich auch bei den hier zur Anwendung kommenden hohen Drücken eine Abdichtung allein durch die Präzision der ineinandergreifenden metallischen Teile ergibt, ohne zusätzliche Dichtungsmittel", wie elastische Dichtungsringe od.dgl. Die dichtende Länge der Bohrung 15'. beträgt mindestens das vierfache des Durchmessers der Ventilnadel 12, Die Ventilnadel 12 besteht samt ihrem kegelförmigen Ende 29 aus einem einzigen hochpräzis bearbeiteten metallischen Stück.7th
provided bush '& screwed, which in turn engages in a counterpart 8, which can be, for example, the housing of a pressure source. The liquid feed line 9 opens centrally into a feed line bore 10 designed as a blind hole in the interior of the threaded pin 26. The hydraulic pressure in this feed bore 10 can be of the order of magnitude of up to approximately 2800 kp / cm ² . Close to the rear end of this feed bore 10 there is a connecting bore 11 which opens into this obliquely and which merges into a larger-diameter bore 15 at a short distance from its opening point. The transition between the narrower bore 11 and the larger-diameter bore 15 forms a frustoconical valve seat surface 21. This is intended to interact with the conical end 29 of a valve needle 12. Together they form a valve seat. When the conical end 29 rests against the valve seat surface 21, a seal takes place so that the flow of liquid is then blocked. The valve needle 12 sits axially displaceably with high precision in the bore 15, so that even at the high pressures used here, a seal results solely from the precision of the interlocking metallic parts, without additional sealing means, such as elastic sealing rings or the like The sealing length of the bore 15 'is at least four times the diameter of the valve needle 12. The valve needle 12, including its conical end 29, consists of a single metal piece that is machined with high precision.

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In einem Abstand von der Ventilsitzfläche 21 befindet sich eine quer zur Bohrung 15 angeordnete Abgangsbohrung 14, deren Durchmesser etwa derjenigen der Verbindungsbohrung 11 entspricht. Der Bohrungsteil mit der Länge a hat also genau den gleichen Durchmesser wie der dahinterliegende Bohrungsteil 15, d.h. der an die Ventilsitzfläche 21 anschliessende Bohrungsteil ist nicht etwa erweitert, wie dies bei konventionellen Ventilen meistens der Fall ist. Dieser Bohrungsteil bildet eine Druckkammer 13, deren Länge a mindestens dem halben Durchmesser der Ventilnadel 12 entspricht, vorzugsweise jedoch eine Länge hat, welche etwa einem ganzen Durchmesser der Ventilnadel 12 entspricht.At a distance from the valve seat surface 21 is located an outlet bore 14 arranged transversely to the bore 15, the diameter of which is approximately that of the connecting bore 11 is equivalent to. The bore part with the length a therefore has exactly the same diameter as the bore part 15 located behind it, i.e. the one adjoining the valve seat surface 21 The bore part is not widened, as is usually the case with conventional valves. This bore part forms a pressure chamber 13, the length of which is at least a corresponds to half the diameter of the valve needle 12, but preferably has a length which is approximately a whole Diameter of the valve needle 12 corresponds.

Im Abstand von der Mündung der Abgangsbohrung 14 befindet sich eine Zweigbohrung 17, durch welche die Druckflüssigkeit in Richtung des Pfeiles C abströmen kann, wenn das betreffende Ventil geöffnet ist. Die Abgangsbohrung 14 mündet in eine kegelförmige Ventilsitzfläche 21', welche mit einer weiteren Ventilnadel 12' zusammenwirkt. Diese steuert in gleicher Weise den Durchfluss einer Zweigleitung 16, durch welche Druckflüssigkeit in Richtung des Pfeiles B abströmen kann. Die Abgangsbohrung 14 und die Zuleitungsbohrung 10 verlaufen parallel. At a distance from the mouth of the outlet bore 14 is a branch bore 17 through which the pressure fluid can flow in the direction of arrow C when the valve in question is open. The outlet hole 14 opens into a conical valve seat surface 21 ', which cooperates with a further valve needle 12 '. This controls the flow of a branch line in the same way 16, through which hydraulic fluid can flow in the direction of arrow B. The outlet bore 14 and the supply bore 10 run parallel.

Die Befestigung der Ventilnadel 12, 12' an dem von ihren Ventilsitzflächen entfernten Ende erfolgt durch Halterungsorgane 19 je an einer Spindel, derart, dass sich die Spindel 18 drehen kann, ohne gleichzeitig die Ventilnadeln 12, 12' mitzudrehen. Lediglich die Axialbewegung der Spindel 18 wird auf die Ventilnadeln' 12, 12' übertragen, wenn die Spindeln 18 mit Hilfe ihres Handrades 25 v.on Hand verdreht werden. Jede Spindel 18 ist in einer Lagerbüchse 22 drehbar geführt, und lässt sich mit Hilfe des zugeordneten Handrades 25 vor- oder zurückschrauben. Die axiale Bewegung der Spindel ist durch einen Ringanschlag 24 begrenzt, der gegenThe attachment of the valve needle 12, 12 'to that of theirs The end remote from the valve seat surfaces is carried out by holding members 19 each on a spindle, in such a way that the spindle 18 can rotate without simultaneously rotating the valve needles 12, 12 '. Only the axial movement of the spindle 18 is transferred to the valve needles '12, 12' when the Spindles 18 can be turned by hand with the aid of their handwheel 25. Each spindle 18 is rotatable in a bearing bush 22 guided, and can be screwed forwards or backwards with the aid of the associated handwheel 25. The axial movement of the Spindle is limited by an annular stop 24, which against

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— ο —- ο -

eine Kappe 23 anzuliegen kommt. Die drehsichere Befestigung des Handrades 25 auf der Spindel 18 erfolgt durch eine Befestigungsschraube 28. Allfälliges Lecköl wird durch eine Leckbohrung 20 abgeführt.a cap 23 comes to rest. The anti-rotation fastening of the handwheel 25 on the spindle 18 takes place through a fastening screw 28. Any leakage oil is through a Leak hole 20 drained.

Wenn das Ventilorgan 2 geschlossen ist, drückt die Ventilnadel 12 mit ihrem kegelförmigen Teil 29 gegen die Ventilsitzflache 21 und dichtet dadurch den OeIfluss ab, wobei Metall gegen Metall anliegt. Wenn das Ventil durch Drehen des Handrades 25 geöffnet wird, verschiebt sich die Ventilnadel 12 in Richtung des Pfeiles E. Vorerst kommt jedoch noch kein Flüssigkeitsdurchfluss zustande, sondern die Druckkammer 13 mit der Länge a wird unter Druck gesetzt, da die Ventilnadel 12 vorerst die Abgangsbohrung 14 mit ihrem Umfang verschliesst. Erst wenn die Ventilnadel 12 weiter in Richtung des Pfeiles E zurückgezogen wird, gibt sie die Abgangsbohrung 14 frei und die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit kann nun über die Zweigbohrung 17 in Richtung des Pfeiles C zu einem Verbraucher strömen. Somit erfolgt die Freigabe des Durchflusses in zwei Stufen. In der ersten Stufe - also beim Oeffnen des Ventilsitzes 21, 29 - kann praktisch keine durch einen engen Strömungsspalt bedingte Kavitation entstehen. In der zweiten Stufe - in der also die Abgangsbohrung 14 frei gegeben wird - ist eine allfällige Materialabtragung an der Kante 30 des Gehäuses 6 ohne schädlichen Einfluss auf die gute Dichtung des Ventilsitzes 21, 29. Wenn sich nach längerer Betriebsdauer zeigen sollte, dass die aus hochverschlii|g.ssfestem Material bestehenden zylindrischen Ventilnadeln 12, 12' an ihren kegelförmigen Sitzflächen 29 nicht mehr zuverlässig dichten sollten, lassen sie sich relativ einfach auswechseln, sodass also nicht das ganze Ventil unbrauchbar wird»When the valve member 2 is closed, the valve needle 12 presses with its conical part 29 against the valve seat surface 21 and thereby seals the oil flow, whereby Metal against metal. When the valve is opened by turning the handwheel 25, the valve needle moves 12 in the direction of arrow E. For the time being, however, there is still no liquid flow, but the Pressure chamber 13 with the length a is put under pressure, since the valve needle 12 initially the outlet bore 14 with its Scope closes. Only when the valve needle 12 is withdrawn further in the direction of arrow E, it gives the Outlet bore 14 free and the liquid under high pressure can now over the branch bore 17 in the direction of the arrow C flow to a consumer. This means that the flow is released in two stages. In the first stage - i.e. when the valve seat 21, 29 is opened - practically no cavitation caused by a narrow flow gap can occur develop. In the second stage - in which the outlet bore 14 is released - there is any material removal at the edge 30 of the housing 6 without any detrimental effect on the good sealing of the valve seat 21, 29. If After a long period of operation it should be shown that the cylindrical Valve needles 12, 12 'should no longer seal reliably on their conical seat surfaces 29, they can relatively easy to replace, so that the entire valve does not become unusable »

An Stelle des dargestellten Abschlussventiles mit zwei Abgängen, könnte das Ventil natürlich auch nur für einen Abgang oder sinngemäss für mehr als zwei Abgänge ausgewechseltInstead of the illustrated shut-off valve with two outlets, the valve could of course only be used for one Disposal or, mutatis mutandis, exchanged for more than two departures

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werden. Als Druckflüssigkeit wird vorzugsweise OeI verwendet, doch kann ein solches Ventil auch für andere Flüssigkeiten eingesetzt werden.will. Oil is preferably used as the pressure fluid, however, such a valve can also be used for other liquids.

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Claims

1. Shut-off valve for high pressure liquid lines, with at least one valve needle axially displaceable in a bore, which cooperates with a valve seat, thereby characterized in that between the valve seat surface (21) fixed to the housing and a transverse to the axis of the valve needle (12, 12 ') extending outlet bore (14) a pressure chamber (13) is present, which consists of a single metallic Piece of existing valve needle (12, 12 ') surrounds a seal so that the flow is released in two stages.

2. Closing valve according to claim 1, characterized in that that in the outlet bore (14) there is another valve needle (12 ') for controlling a further outlet bore (16) is located.

3. Closing valve according to claim 1, characterized in that between the valve needle (12) and threaded spindle (18) a releasable connection (19) is present, which allows a relative rotation of the threaded spindle (18) with respect to the valve needle

(12) allowed.

4. Closing valve according to one or more of claims 1-3, characterized in that the valve housing (6) consists of a single piece, and the liquid lines have straight bores (10, 13, 15, 16, 17) are.

5. Closing valve according to one or more of claims 1-4, characterized in that the housing is fixed Valve seat surfaces (21) are located at the transition between stepped bores (11, 13, 15) and the valve seat surfaces (21, 29) are purely metallic.

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