DE4209356A1

DE4209356A1 - Ball cock with ball plug connected to spindle - has metal seat rings and housing seat rings whose contacting bearing faces are spherical.

Info

Publication number: DE4209356A1
Application number: DE19924209356
Authority: DE
Inventors: Manfred Gladisch
Original assignee: BORSIG SMR ARMATUREN und REGEL
Current assignee: Borsig Kugelhahn GmbH
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1993-09-30

Abstract

The longitudinal axis of the seat rings runs through the centre point (22) of the plug (7) and forms with the longitudinal axis (3) of the connecting flange (2) an angle equalling the angle of incline of the seat rings (18). The radius of curvature of the housing seat rings (4) equals that of the surface of the plug (7). The seat rings are inherently resilient and each ring preferably comprises two ring parts connected by a lamella plate. USE/ADVANTAGE - Ball cock in which sealing force of seat rings is produced by plug pressing them against housing seat rings producing higher specific pressure and thus better sealing action.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a ball valve with the features of Preamble of claim 1.

Bei einem bekannten Kugelhahn (DE-AS 22 02 097) weisen die Sitzringe auf der dem Küken abgewandten Seite ebene Schrägflächen auf, die an Keilscheiben anliegen. Durch die schräge Anordnung der Sitzringe soll das Schalten des Kugelhahnes erleichtert werden, indem das Küken vor dem Schalten angehoben wird, wodurch die Andrückkraft der Sitzringe an das Küken und damit das Schaltmoment verringert werden. Hierbei muß eine gewisse Undichtigkeit in Kauf genommen werden. Außerdem ist die bekannte Ausführungsform auf verhältnismäßig geringe Nennweiten bis 100 mm begrenzt. Kugelhähne für beliebig große Nennweiten verwenden verschiebbare, federnd angedrückte Sitzringe, die in Ausnehmungen des Gehäuses geführt sind.In a known ball valve (DE-AS 22 02 097), the Seat rings on the side facing away from the chick Sloping surfaces that are in contact with the wedge washers. Through the oblique arrangement of the seat rings is said to switch the Ball valve can be relieved by the chick before switching is raised, causing the pressure of the seat rings to the Chick and thus the switching torque can be reduced. This must a certain amount of leakage can be accepted. Besides, is the known embodiment to relatively low Nominal widths limited to 100 mm. Ball valves for any size Nominal sizes use sliding, spring-loaded Seat rings that are guided in recesses in the housing.

Sollen Kugelhähne als Absperrorgane in Leitungen eingesetzt werden, in denen ein heißes, mit Feststoffen beladenes Gas gefördert wird, so sind besondere Vorkehrungen zu treffen. So muß auf verschiebbare Sitzringe verzichtet werden, da die Gefahr besteht, daß der Feststoff aus dem geförderten Gas in die Gehäuseausnehmungen zur Aufnahme der Sitzringe eindringen und diese verstopfen könnte. Aufgrund der erhöhten Betriebstemperatur können auch keine elastischen Elemente verwendet werden.Ball valves should be used as shut-off devices in lines where there is a hot gas loaded with solids special precautions must be taken. So sliding seat rings must be dispensed with, as this is a risk there is that the solid from the extracted gas in the Penetrate housing recesses for receiving the seat rings and could clog them. Because of the increased Operating temperature can also not be elastic elements be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Kugelhahn so zu gestalten, daß er für große Nennweiten und in heißen, mit Feststoff beladenen Gasen einsetzbar ist.The invention has for its object the generic Ball valve to be designed so that it for large diameters and in hot, solid-laden gases can be used.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kugelhahn erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. This task is performed with a generic ball valve according to the invention by the characteristic feature of Claim 1 solved. Advantageous embodiments of the Invention are specified in the subclaims.

Bei diesem Kugelhahn wird die Dichtkraft der Sitzringe dadurch erzeugt, daß das Küken die Sitzringe gegen die Gehäusesitzringe drückt. Die Demontage des Kükens und der Sitzringe erfolgt durch ein Anheben des Kükens, wodurch der Sitzring auf dem Gehäusesitzring über die kugelförmige Auflagefläche abrollt und sich dadurch nach oben verschiebt. Der auf diese Weise freigegebene Sitzring kann nach oben ausgebaut werden. Dabei erleichtert die kugelförmige Auflagefläche die Bewegung der Sitzringe, so daß das Küken wesentlich früher freigegeben wird, als das bei schrägen ebenen Flächen der Fall ist. Bei der Montage wirkt über das Küken eine Kraft auf die Sitzringe, so daß diese wiederum über die kugelförmige Auflagefläche abrollen und dabei sich zur Einstellung der Betriebsstellung selbst zentrieren. Diese Sitzringanordnung erfordert keine Toträume und ist an keine Baugröße gebunden. Die Sitzringe sind metallisch und damit auch bei erhöhten Temperaturen einsetzbar. Aufgrund der kugelförmigen Auflagefläche entsteht zwischen dem Sitzring und dem Gehäusesitzring eine nahezu linienförmige Berührung, durch die gegenüber ebenen Kontaktflächen bei gegebener Normalkraft eine höhere spezifische Pressung erzeugt wird. Damit wird die Dichtheit des Kugelhahnes erhöht.With this ball valve, the sealing force of the seat rings is reduced generates the chick the seat rings against the housing seat rings presses. The chick and the seat rings are removed by lifting the chick, causing the seat ring on the Housing seat ring rolls over the spherical bearing surface and this shifts upwards. That way Approved seat ring can be removed upwards. Here the spherical support surface facilitates the movement of the Seat rings so that the chick is released much earlier, than is the case with sloping flat surfaces. In the Montage exerts a force on the seat rings via the chick, so that these in turn roll over the spherical bearing surface and thereby adjusting the operating position itself center. This seat ring arrangement requires no dead spaces and is not restricted to any size. The seat rings are metallic and can therefore also be used at elevated temperatures. Because of the spherical contact surface is created between the seat ring and the housing seat ring has an almost linear contact, through the opposite flat contact surfaces for a given Normal force a higher specific pressure is generated. In order to the tightness of the ball valve is increased.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the drawing shown and is explained in more detail below. Show it:

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Kugelhahn, Fig. 1 is a longitudinal section through a ball valve,

Fig. 2 die Einzelheit Z nach Fig. 1 und Fig. 2 shows the detail Z of FIG. 1 and

Fig. 3 den Kugelhahn während der Montage. Fig. 3 shows the ball valve during assembly.

Der dargestellte Kugelhahn ist in bevorzugter Ausführungsform als Absperrorgan in einer Rohrleitung großen Durchmessers (500 mm Nennweite) vorgesehen, in der ein heißes (400 Grad C), unter erhöhtem Druck (12 bar) stehendes, mit Feststoff beladenes (30 g/m³) Gas gefördert wird. Der Kugelhahn weist ein Gehäuse 1 auf, das mit seitlichen, miteinander fluchtenden Anschlußstutzen 2 versehen ist, deren gemeinsame Längsachse durch die Linie 3 gegeben ist. In dem Gehäuse 1 sind in Verlängerung der Anschlußstutzen 2 Gehäusesitzringe 4 gebildet. Das Gehäuse 1 ist oben durch einen aufschraubbaren Deckel 5 verschlossen.In a preferred embodiment, the ball valve shown is provided as a shut-off device in a pipeline of large diameter (500 mm nominal diameter) in which a hot (400 g C), under increased pressure (12 bar), loaded with solids (30 g / m ³ ) Gas is promoted. The ball valve has a housing 1 which is provided with lateral connecting pieces 2 aligned with one another, the common longitudinal axis of which is given by line 3 . In the housing 1 2 housing seat rings 4 are formed in an extension of the connecting piece. The housing 1 is closed at the top by a screw-on cover 5 .

In dem Gehäuse 1 ist ein kugelförmiges, mit einer Durchgangsbohrung 6 versehenes Küken 7 gelagert. Die Längsachse der Durchgangsbohrung 6 fällt mit der Längsachse 3 der Anschlußstutzen 2 zusammen. Das Küken 7 ist mit einem oberen und einem unteren Lagerzapfen 8, 9 versehen. Der untere Lagerzapfen 9 ist in einem Zapfenlager 10 gelagert, das über Schrauben lösbar mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Zwischen der oberen Stirnfläche des Zapfenlagers 10 und dem Küken 7 ist austauschbar eine ringförmige Anlaufscheibe 11 eingelegt, auf der das Küken 7 aufruht.A spherical plug 7 , provided with a through-bore 6 , is mounted in the housing 1 . The longitudinal axis of the through hole 6 coincides with the longitudinal axis 3 of the connecting piece 2 . The chick 7 is provided with an upper and a lower journal 8 , 9 . The lower journal 9 is mounted in a journal bearing 10 which is detachably connected to the housing 1 by screws. An annular thrust washer 11 is interchangeably inserted between the upper end face of the journal bearing 10 and the plug 7 , on which the plug 7 rests.

Durch eine im Deckel 5 vorgesehene Durchtrittsbohrung ist eine Spindel 12 hindurchgeführt, die zum Drehen des Kükens 7 mit zapfenartigen Ansätzen 13 versehen ist, die in entsprechende Ausnehmungen im oberen Lagerzapfen 8 eingreifen. Über eine Stopfbuchse 14 ist die Spindel 12 in der Durchtrittsbohrung des Deckels 5 abgedichtet.A spindle 12 is passed through a through hole provided in the cover 5 and is provided with pin-like projections 13 for rotating the plug 7 , which engage in corresponding recesses in the upper bearing pin 8 . The spindle 12 is sealed in the through bore of the cover 5 by means of a stuffing box 14 .

Auf den Deckel 5 ist eine Haube 15 aufgesetzt. Zwischen der Haube 15 und einer auf die Spindel 12 aufgeschraubte Wellenmutter 16 ist ein Federelement 17 z. B. Tellerfedern eingespannt. Die Federkraft des Federelementes 17 kann durch ein Verstellen der Wellenmutter 16 variiert werden. Auf diese Weise werden Wärmedehnungen kompensiert.A hood 15 is placed on the cover 5 . Between the hood 15 and a screwed onto the spindle 12 shaft nut 16 , a spring element 17 z. B. clamped. The spring force of the spring element 17 can be varied by adjusting the shaft nut 16 . This compensates for thermal expansion.

Zur Abdichtung des Kükens 7 gegenüber dem Gehäuse 1 dienen zwei metallische Sitzringe 18, die an der Oberfläche des Kükens 7 anliegen und sich auf den Gehäusesitzringen 4 abstützen. Die zur Abdichtung notwendige Andrückkraft der Sitzringe 18 ergibt sich aus der Kraft, mit der das Küken 7 die Sitzringe 18 gegen die Gehäusesitzringe drückt. Die Dichtfläche der Sitzringe 18 ist der Krümmung der Oberfläche des Kükens 7 angepaßt. Die einander berührenden Flächen der Gehäusesitzringe 4 und der Sitzringe 18 bilden eine Auflagefläche 19, die kugelförmig gewölbt ist. To seal the plug 7 with respect to the housing 1 , two metallic seat rings 18 are used , which rest on the surface of the plug 7 and are supported on the housing seat rings 4 . The pressing force of the seat rings 18 required for sealing results from the force with which the plug 7 presses the seat rings 18 against the housing seat rings. The sealing surface of the seat rings 18 is adapted to the curvature of the surface of the plug 7 . The contacting surfaces of the housing seat rings 4 and the seat rings 18 form a support surface 19 which is curved in a spherical shape.

Vorzugsweise entspricht die Krümmung der Auflagefläche 19 der Krümmung der Oberfläche des Kükens 7. Zur zusätzlichen Abdichtung ist in der Auflagefläche 19 in einer offenen Ringnut ein Dichtring 20 (Fig. 3) eingelegt.The curvature of the contact surface 19 preferably corresponds to the curvature of the surface of the plug 7 . For additional sealing, a sealing ring 20 ( FIG. 3) is inserted in the contact surface 19 in an open annular groove.

Jeder Sitzring 18 liegt in einer Ebene, die gegenüber der Spindelachse 20 geneigt ist, wobei die beiden geneigte Ebenen einen nach oben divergierenden Winkel bilden. Parallel zu den geneigten Ebenen ist das Küken 7 abgeschrägt. Im Betriebszustand des Kugelhahns verläuft die Längsachse 22 durch den Mittelpunkt 23 des kugelförmigen Kükens 7. Dabei ist der Mittelpunkt 23 um den Betrag x nach oben verschoben. Die Längsachse 22 der Sitzringe 18 bildet mit der Längsachse 3 der Anschlußflansche 4 und der Durchgangsbohrung des Kükens 7 einen Winkel, der gleich dem Winkel ist, um den die Sitzringe 18 gegenüber der Spindelachse 21 geneigt sind.Each seat ring 18 lies in a plane which is inclined with respect to the spindle axis 20 , the two inclined planes forming an angle which diverges upwards. The chick 7 is beveled parallel to the inclined planes. In the operating state of the ball valve, the longitudinal axis 22 runs through the center 23 of the spherical plug 7 . The center point 23 is shifted upward by the amount x. The longitudinal axis 22 of the seat rings 18 forms with the longitudinal axis 3 of the connecting flanges 4 and the through bore of the plug 7 an angle which is equal to the angle by which the seat rings 18 are inclined with respect to the spindle axis 21 .

Das Küken 7 ist durch das außerhalb des Gehäuses 1 liegende Federelement 17 und die Anlaufscheibe 11 im unteren Zapfenlager 10 in Richtung der Spindelachse 21 fixiert. Durch eine Variation der Dicke der Anlaufscheibe 11 kann die Lage des Kükens 7 verändert und darüber die Vorspannung der Sitzringe 18 eingestellt werden.The plug 7 is fixed in the direction of the spindle axis 21 by the spring element 17 lying outside the housing 1 and the thrust washer 11 in the lower journal bearing 10 . By varying the thickness of the thrust washer 11 , the position of the plug 7 can be changed and the preload of the seat rings 18 can be adjusted.

Die metallischen Sitzringe 18 können einteilig sein. Es ist auch möglich, die Sitzringe 18 in sich federnd auszubilden. Hierdurch können die durch Temperaturwechsel auftretenden Maßänderungen kompensiert werden. Dabei besteht jeder Sitzring 18 aus zwei Teilringen 24, von denen einer am Küken 7 und einer am Gehäusesitzring 4 anliegt. Die Teilringe 24 sind durch eine federnde Lamelle 25 verbunden, die jeweils mit einem Ende an einem der Teilringe 24 verschweißt ist. Die Lamelle 25 ist U-förmig ausgebildet. Der durch die Durchmesser d1 und d2 begrenzte Raum zwischen den Schenkeln der U-förmigen Lamelle 25 steht mit dem Innenraum des Gehäuses 1 in Verbindung. Bei geschlossenem Kugelhahn wird der eintrittsseitige Sitzring 18 mit Druck beaufschlagt. Über die durch die Durchmesser d1 und d2 der Lamelle 25 begrenzte Ringfläche wird eine Kraft erzeugt, die den in sich federnden Sitzring 18 auseinander spreizt. Dieser Effekt führt zu einer zusätzlichen Dichtkraft an der Oberfläche des Kükens 7.The metallic seat rings 18 can be in one piece. It is also possible for the seat rings 18 to be resilient in themselves. In this way, the dimensional changes occurring due to temperature changes can be compensated. Each seat ring 18 consists of two partial rings 24 , one of which rests on the plug 7 and one on the housing seat ring 4 . The partial rings 24 are connected by a resilient lamella 25 , which is welded to one end of the partial rings 24 . The lamella 25 is U-shaped. The space delimited by the diameters d1 and d2 between the legs of the U-shaped lamella 25 is connected to the interior of the housing 1 . When the ball valve is closed, the inlet-side seat ring 18 is pressurized. A force is generated via the annular area delimited by the diameters d1 and d2 of the lamella 25 , which spreads apart the resilient seat ring 18 . This effect leads to an additional sealing force on the surface of the plug 7 .

In der Fig. 3 ist die Lage der Sitzringe 18 bei der Montage des Kugelhahnes zu erkennen. Die Sitzringe 18 liegen zunächst schräg auf den Gehäusesitzringen 4 auf, wobei in diesem Zustand die Neigung der Sitzringe 18 größer ist als in dem durch die Gehäusesitzringe 4 vorgegebenen Zustand. Das Küken 7 drückt, während es in das Gehäuse 1 eingeführt wird, die untere Kante des Sitzringes 18 nach außen, wodurch der Sitzring 18 auf der kugelförmigen Auflagefläche 19 abrollt und sich nach unten in die vorgesehene Stellung bewegt. Bei der Demontage erfolgt das Abrollen der Sitzringe 18 auf der kugelförmigen Auflagefläche 19 in der entgegengesetzten Richtung.In Fig. 3 the position of the seat rings 18 can be seen during the assembly of the ball valve. The seat rings 18 initially lie obliquely on the housing seat rings 4 , the inclination of the seat rings 18 being greater in this state than in the state predetermined by the housing seat rings 4 . The plug 7 , while being inserted into the housing 1 , pushes the lower edge of the seat ring 18 outwards, as a result of which the seat ring 18 rolls on the spherical bearing surface 19 and moves downward into the intended position. When dismantling, the seat rings 18 roll off on the spherical bearing surface 19 in the opposite direction.

Claims

1. Ball valve with a spherical, with a spindle ( 12 ) connected plug ( 7 ), which is mounted in a housing ( 1 ) and sealed against this by metallic seat rings ( 18 ), the housing ( 1 ) with two aligned connecting pieces ( 2 ) and two housing seat rings ( 4 ), on which the seat rings ( 18 ) are supported along a bearing surface ( 19 ) which lies in a plane inclined with respect to the spindle axis ( 21 ), characterized in that the mutually contacting bearing surfaces ( 19 ) the seat rings ( 18 ) and the housing seat rings ( 4 ) are spherical.

2. Ball valve according to claim 1, characterized in that the longitudinal axis ( 22 ) of the seat rings ( 18 ) through the center ( 22 ) of the plug ( 7 ) and with the longitudinal axis ( 3 ) of the connecting flanges ( 2 ) forms an angle which is equal to the angle of inclination of the seat rings ( 18 ).

3. Ball valve according to claim 1 or 2, characterized in that the radius of curvature of the housing seat rings ( 4 ) is equal to the radius of curvature of the surface of the plug ( 7 ).

4. Ball valve according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the seat rings ( 18 ) are resilient in themselves.

5. Ball valve according to claim 4, characterized in that each seat ring ( 18 ) consists of two partial rings ( 24 ) which are connected by a lamella ( 25 ).

6. Ball valve according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the plug is loaded by a spring element ( 17 ) arranged outside the housing ( 1 ).

7. Ball valve according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the plug ( 7 ) is mounted on pins ( 8 , 9 ) and rests in the lower pin bearing ( 10 ) on a thrust washer ( 11 ) of a coordinated thickness.