DE2951661A1 - Absperrorgan, insbesondere kugelschieber und verfahren zur herstellung eines dichtringes fuer den drehkoerper des absperrorgans - Google Patents

Description

T 3733 Allis-Chalmers Kennwort: ^NDlohtrlng-AC^N Milwaukee, Wisconsin

Absperrorgan, insbesondere Kugelschieber und Verfahren zur Herstellung eines Dichtringes für den Drehkörper des Absperrorgans

Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan, insbesondere Kugelsohleber, mit einem ein« Einlafl- und eine Auslaflöffnung für das Betriebsmittel aufweisenden Gehäuse, einem darin gelagerten Drehkörper, der einen Durchlaß für das Betriebsmittel aufweist und «wischen einer Offenstellung, in der der Durchlas mit den Oehtuseöffnungen fluchtet, und einer Absperrstellung, In welcher der Drehkörper unter maximalem Betriebemitteldruck steht, drehbar ist» sowie mit einem wenigstens an einer der beiden Oehäuseöffnungen im Gehäuse gelagerten beweglichen ring-

030041/0548

kolbenförmigen Dichtungsring und einem mit diesem zusammenwirkenden mit dem Drehkörper fest verbundenen Dlohtungssitzring.

Oroöe Absperrorgane» insbesondere große Kugelschieber, und zwar besonders solche für Pumpspeioheranlagen, erfordern entsprechend ihrer QröQe besondere Konstruktionaüberlegungen. Bines der Probleme bei derartigen großen Absperrorganen 1st ihr Unvermögen, den Wasserstrom vollständig abzudichten. FUr diesen Zweck muß sich der kolbenförmige Dichtring nicht nur an die axiale Verrückung des festen mit dem Ventilkörper verbundenen Sitzringes anpassen, sondern er muß sich auch an die plötzlichen Veränderungen dieser Verrückung entlang dem Sitzring aufgrund der ungleichen Steifigkeit der Sitzringauflage anpassen. Wenn die Unterwasser-Dichtung nicht einwandfrei sitzt, können Eigenschwingungen, ein ernstes und zu Beschädigungen führendes dynamisches Phänomen, im Druckrohr-Absperrorgan auftreten.

In bekannten Kugelschiebern sind verschiedene Maßnahmen angewendet worden, um den ungleichförmigen Durchbiegungen des festen DlohtungssitzrInges zu begegnen. Beispielsweise sind hier· für flexible Netalldichtungen oder auch Qunmiidichtungen bekannt. Ferner sind Qummieinlagen bekannt, welche zusätzlich zu den festen metallenen Dichtungsringen angewendet werden. Keine dieser Maßnahmen haben sich Jedoch als vollständig zufriedenstellend erwiesen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Absperrorgan der eingangs genannten Gattung eine Abdichtung zu schaffen, die auch bei sehr hohen statischen Drücken eine absolute Dichtheit garantiert.

030041 /0548

Die Erfindung löst das Problem durch ein Absperrorgan, In welche« der mit dem Drehkörper fest verbundene Dichtungssitzring derart geformt 1st, daß seine Dichtfläche bei In Absperrstellung des Drehkörpers wirkendem maximalen statischen Druck eine Rotationsfläche bildet. Dann liegen bei angenommener Linienberührung alle Punkte dieser Linie In einer einzigen Ebene.

Aufgrund dieser Ausbildung des Dichtungssitzringes ergibt sich eine völlig gleichmäßige Anlage des beweglichen ringkolbenförmigen Dichtungsringes an dem Dichtungssitzring über dessen gesamten Umfang. Dabei weist der mit dem Drehkörper fest verbundene Dichtungssitzring die geringste Dicke an Punkten auf, welche in der Ebene durch die Drehachse des Drehkörpers senkrecht zu dessen Mittelachse liegen und er weist die größten Dicken an Pui
entfernt liegen.

ten Dicken an Punkten auf, welche 90° von der genannten Ebene

Ein sehr vorteilhaftes Verfahren zur Bildung eines mit dem Drehkörper fest verbundenen Dichtungssitzringes besteht erfindungsgemäß aus folgenden Schritten:

a) Feststellung mittels finiter Elemente der Verformungen in Strömungsrichtung des geschlossenen Drehkörpers mit festem Dichtungssitzring unter maximalem statischen Druck,

b) Zusammenstellung der Verformungen an den Auflagepunkten des Dichtungssitzringes an bestimmten Stellen Über seinen Umfang,

c) Berechnung der Dicken von Unterlagen zwischen Ring und Maschinentisch der Bearbeitungsmaschine für den Ring derart, daß die Unterlagendicke an den Stellen, wo die maximale Verformung der Abstützung des Dichtungssitzringes im Drehkörper auftritt, Null ist, daß sie von diesem Nullpunkt aus bis zu einer maximalen Dicke bei 90° über den Umfang nach beiden Seiten zunimmt und von diesen Punkten wieder auf Nulldicke bis zu einem Punkt l8o° vom Nullpunkt abnimmt,

030041/0548

d) maschinelles Abdrehen des so auf dem Maschinentisch aufgespannten Dichtungssitzringes zur Bildung einer im wesentlichen eine Rotationsfläche darstellenden, mit dem kolbenartig ausgebildeten Dichtungsring am Gehäuse zusammenwirkenden Dichtungssitzes.

Ein auf diese Art und Weise ausgebildeter Dichtring ist so geformt, daß die sich in Absperrstellung unter maximalem Druck ergebende Durchbiegung des Drehkörpers voll kompensiert wird.

Die Erfindung ist im folgenden in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeiohnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kugelschieber mit Dichtungselementen am Ein- und Auslaß,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt eines Ausschnittes der Unterwasser-Abdichtung des Kugelschiebers nach Fig. 1,

Fig. 3 perspektivisch eine schematische Ansiaht eines Drehkörperquadranten,

Fig. 4 im Grundriß einen auf dem Maschinentisch einer Bearbeitungsmaschine befestigten Dichtungssitzring mit über ein Viertel des Umfanges dargestellten Unterlagen,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4 und

Fig. 6 einen Schnitt durch den Dichtungssitzring der Fig. 5 nach seiner Bearbeitung.

Der in Fig. 1 dargestellte allgemein mit 10 bezeichnete Kugelschieber weist ein Gehäuse 11 und einen Drehkörper 12 auf. Das Gehäuse 11 kann in jeder beliebigen Weise konstruiert sein und besteht im vorliegenden AusfUhrungsbeispiel aus zwei Gehäuse-

030041/0548

teilen 16 und 17« die dioht miteinander versohraubt aind und die Ventilkammer 30 einschließen. Das Qehäuse 11 weist einen 8InIaB 18 und einen Aue laß 19 auf. Ringkolbenförmige Dichtungsringe 81 und 22 sind um den Ein- bzw. Auslaß angeordnet.

Der Drehkörper 12 weist Dichtungssitzringe 23 und 24 auf, die mit den kolbenförmigen Dichtungsringen 21 bzw. 22 zusammenwirken. Die Diohtungssitzringe 23 und 24 sind als Kreisringe ausgebildet, die auf dem in den Drehkörper eingearbeiteten Dichtungsauflagen 25 befestigt sind.

Die kolbenförmigen Dichtungsringe 21 und 22 sind einander ähnlich, und die Beschreibung des Dichtungsringes 22 trifft ebenso auf den kolbenförmigen Dichtungsring 21 zu. Wie in Fig. 2 dargestellt, hat der kolbenförmige Dichtungsring 22 einen im Querschnitt L-förmigen Dichtungskörper 3I· Die Dichtung 1st innerhalb eines geeigneten Zylinders 32 angeordnet, welcher den AusIaA 19 umgibt. Der lange Schenkel 33 des Dichtungskörpers dient als Kolben, während der kurze Sohenkel 34 die Dichtunganaae bildet, welohe im dargestellten geschlossenen Zustand an der stationären Drehkörpersitzdichtung 24 anliegt. Zu diesem Zweok weist die innere Kante der Dichtungsnase eine abgeschrägte Fläche 36 auf, um eine geeignete Oberfläche zum Zusammenwirken mit dem sehr flachen Bogenteil 33 des festen DiohtungssitzrInges 24 zu bilden.

Bine wirksame Anlage des ringkolbenförmigen Sohenkels 34 des Diohtungskörpers 3I an dem Dichtungssitzring 24 wird durch ErhOhung des hydraulischen Druckes in der Kammer 42, die von einen zylindrischen Teil 32 am Gehäuseteil I7 und der inneren Ringflache 37 eines Plansehteilee des Unterwasser-Oehäuseteiles 39 gebildet wird, verursacht. Es werden auf diese Welse druckbeaufsohlagbare Kammern 41 und 42 auf jeder Seite des Schenkelteiles 33 gebildet.Druckflüssigkeit von einer nicht gezeigten Quelle kann wahlweise zu der Kammer 42 zugelassen werden, wobei

030041/0548

•ine Bewegung des kolbenförmigen Dichtungsringes 31 in abdichtende Berührung mit dem Drehkörper-Dichtungssitzring 24 bewegt wird, wie es in Fig. 2 dargestellt 1st. Wenn es andererseits gewünscht ist, den kolbenförmigen Dichtungsring 31 vor dem Sohwenken des Drehkörpers 12 in seine Offen-Lage zu bringen, wird die Kammer 42 von der Druckflüssigkeit entlastet und Druckflüssigkeit in die Kammer 41 zugeführt, wodurch der kolbenförmige Dichtungsring 31 zurückgedrückt wird.

Wie schon oben erwähnt, bildet bei derartigen Absperrorganen, besonders solohen größeren Durchmessers, die Sicherstellung der Abdichtung zwischen dem bewegbaren kolbenförmigen Dichtungsring 31 gegen den am Drehkörper 12 befestigten stationären Dichtungseitzring 24 ein ernstes Problem wegen der großen unterschiedlichen Durchbiegungen der Auflage für den festen Dichtungsei tzring 24.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie sich der Drehkörper 12 in Oesohlossen-Stellung durch das Druokwasser verformt. Aus dieser Figur ist zu erkennen, daß sich unter dieser Belastung die Auflage 25 für den Dichtungssitzring 24 an einem Punkt, der 90° von der Achse 46 des Drehkörperzapfens 42 entfernt ist, eine maximale Durchbiegung M erfährt, während die Ausbiegung der Dientungsauflage 25 an einem Punkt, der in einer Ebene durch die Achse 46 des Zapfens 42 liegt, ein Minimum P beträgt. Diese Beziehung besteht für alle vier Quadranten des Drehkörpers 12. Zur Kompensation dieser großen unterschiedlichen Durchbiegungen ist der feste Dichtungssitzring 24 mit unterschiedlichen Dioken ausgebildet, und zwar derart, daß die Dichtungsfläche 35 unter maximaler Belastung des Drehkörpers 12 eine genaue Rotationsfläche bildet. Unter der Annahme einer reinen linienförmigen Berührung zwischen dem beweglichen kolbenförmigen Dichtungsring 31 und dem festen Dichtungssitzring 24 liegt diese Berührungslinle in einer einzigen Ebene.

030041/0548

Zur Herstellung der gewünschten Dickenkontur des festen Diohtungssitzringes 24 wird dieser, wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt, auf einem Bearbeitungstisoh 51 einer Bearbeitungsmaschine 52 mittels Schrauben 53 befestigt, so daß er von einen hler nicht dargestellten Schneidwerkzeug auf die gewünschte Kontur abgedreht werden kann. Zwisohen dem Bearbeitungstisoh 51 und der ebenen schon vorher abgedrehten Fläche 56 des Ringes werden vor dessen Befestigung auf dem Bearbeitungstisoh Unterlagen 55 untergelegt. Diese Unterlagen sind von unterschiedlicher Dioke, derart, daß sie die Negativkontur darstellen, welche der feste Ring 24 erhalten soll, um die benötigte Abdichtung zu erzielen. In den Figuren 4 und 5 sind diese Unterlagen nur für einen Quadranten des Ringes 24 dargestellt. Die übrigen drei Quadranten sind in gleicher Weise mit Unterlagen versehen. Bs ist zu erkennen, daß die Unterlage 55F am dicksten ist, und zwar haben sie in dem dargestellten Beispiel eine Dicke von 2,4 mm. Die jeweils um 15° versetzt angeordneten weiteren Unterlagen nehmen dann in ihrer Dicke entsprechend ab, und zwar bei 55E auf 2,3 mm, bei 55D auf 2,1 mm, bei 55C auf 1,7 mm, bei 55B auf 1,0 mm und bei 55A auf 0,2 mm. Auf der Y-Aohae ist dann überhaupt keine Unterlage mehr vorgesehen. Von hier aus nehmen die Unterlagen im vierten Quadranten wieder bis zur X-Achse in entsprechender Weise auf den Maximalwert zu, dann im dritten Quadranten bis zur Y-Achse wieder auf Null ab und im zweiten Quadranten wieder entsprechend zu. Wenn auch im dargestellten Beispiel nur jeweils sechs Unterlagen unter gleichem Winkelabstand voneinander dargestellt sind, so müssen die Unterlagen jedoch stets dicht genug angeordnet sein, um zu gewährleisten, daß der Dichtungssitzring unter dem Werkzeugdruok nicht verformt wird. Die erforderlichen Unterlagendloken werden wie folgt bestimmt: Zunächst werden mittels vorzugsweise dreidimensionaler finiter Elemente die Durchbiegungen des geschlossenen Drehkörpers unter maximalem statischen Druck festgestellt, dann diese Durchbiegungen an bestimmten Winkelpunkten über den Ring festgelegt und daraus die jeweilige Unterlagendicke berechnet.

Heidenheim, den 18.12.79
JB/Srö

030041/0548

-/fO-

Leerseite

Claims (4)

1. T 3733 Allis-Chalaers

   Kennwort: "Dichtring-AC" Milwaukee, Wiaoonain

   Patentansprüche

   /1. Absperrorgan« insbesondere Kugelschieber« mit einem eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung für das Betriebsmittel aufweisenden Gehäuse, einem darin gelagerten Drehkörper, der einen Durchlas für das Betriebsmittel aufweist und zwischen einer Offenstellung, in der der Durchlaß mit den Qehäuseöffnungen fluchtet, und einer Absperrstellung, in welcher der Drehkörper unter maximalem Betriebsmitteldruok steht, drehbar ist, sowie mit einem wenigstens an einer der beiden Oehäuseöffnungen im Gehäuse gelagerten beweglichen ringkolbenförmigen Dichtungsring und einem mit diesen zusammenwirkenden mit dem Drehkörper fest verbundenen Diohtungssitzring, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Drehkörper (12) fest verbundene Diohtungssitzring (23« 24) derart geformt ist, daß seine Dichtfläche (35) bei in Absperrstellung des Drehkörpers (12) wirkendem maximalen statischen Druck eine Rotationsfläche bildet.
2. 2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Dichtungsringe aus Netall sind.
3. 3. Abeperrogan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nit den Drehkörper (12) fest verbundene Diohtungssitzring (24) derart geformt ist, daß er die geringste Dioke an Punkten aufweist, welohe in der Ebene durch die Drehachse (46) des Drehkörpers (12) senkrecht zu dessen Mittelaohse liegen und welcher die größten Dioken an Punkten aufweist, welohe 90° von der genannten Ebene entfernt liegen.

   030041/0548

   ORIGINAL INSPECTED

   λ/
4. 4. Verfahren zur Bildung eines mit dem Drehkörper fest verbundenen Dlchtungssltzrlnge3 nach einem der Ansprüche 1 bis 3# gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

   a) Feststellung mittels flnlter Elemente der Durchbiegung In Strömungsrichtung des geschlossenen Drehkörpers (12) mit festem Dichtungssitzring (24) unter maximalem statischen Druck,

   b) Zusammenstellung der Verformungen an den Auflagepunkten des Dichtungssitzringes (24) an bestimmten Stellen Über seinen Umfang,

   c) Berechnung der Dicken von Unterlagen (55A - 55F) zwischen Ring (24) und Maschinentisch (51) der Bearbeitungsmaschine (52) derart, daß die Unterlagendioke an den Stellen, wo die maximale Durchbiegung der Abstützung des Dichtungssitzrlnges (24) Im Drehkörper (12) auftritt, Null ist, daß sie von diesem Nullpunkt aus bis zu einer maximalen Dicke bei 90° über den Umfang naoh beiden Seiten zunimmt und von diesen Punkten wieder auf Nulldicke bis zu einen Punkt l8o° vom Nullpunkt abnimmt,

   d) maschinelles Abdrehen des so auf dem Maschlnentisch (51) aufgespannten Dichtungssitzringes (24) zur Bildung einer im wesentlichen eine RotatIonsflache darstellenden und mit dem kolbenartig ausgebildeten Dichtungsring (31) an OehKuae (11) zusammenwirkenden Dichtungsfläohe (35)·

   Heidenheim, den 18.12.79
   JB/Srö

   030041/0548