DE7431581U

DE7431581U - SPINDLE DRIVE WITH SEAL FOR SHUT-OFF AND CONTROL DEVICES, IN PARTICULAR FOR HIGH PRESSURES

Info

Publication number: DE7431581U
Application number: DE19747431581
Authority: DE
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1974-09-19
Publication date: 1975-01-02

Description

BASF Aktiengeae'ilschaftBASF Aktiengeae'ilschaft

Unser Zeichen: O.Z. J>Q 8l9 F/IG 6700 Ludwigshafen, l6.9-197^Our reference: OZ J> Q 8l9 F / IG 6700 Ludwigshafen, 16.9-197 ^

Spindelantrieb mit Abdichtung für .Absperr- und Regelorgane insbesondere für hohe DrückeSpindle drive with seal for shut-off and control elements especially for high pressures

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb mit Abdichtung für Absperr- und Regelorgane, der vorzugsweise für geschmiedete Ventilkorper und für Hochdrucksysteme bestimmt ist;The invention relates to a spindle drive with a seal for shut-off and control elements, which is preferably for forged Valve body and intended for high pressure systems;

Die Spindeln von Absperr- und Regelorganen, das sind im allgemeinen Ventile und Schieber, werden meist mittels Stopfbuchsoder Nutringpackungen gegen die Gehäusewand der Armatur abgedichtet. Diese Dichtpackungen werden über ein ringförmiges Stück, die sogenannte Brille, mittels Schrauben gegen die Dichtflächen gepreßt bzw. unter Spannung gebracht. Zum Anziehen und später zum Nachstellen der Spannmuttern, Preßschrauben oder Überwurfmutter, sind in dem das Antriebsende der Spindel aufnehmenden Gehäuseteil, der sogenannten Laterne, hinreichend große Öffnungen bzw. Fenster erforderlich. Diese Fenster sind beim Einsatz der Armatur in Chemieanlagen oder ganz allgemein in der Umgebung korrosiv wirkender Stoffe, bei hoher Luftfeuchtigkeit und bei großem Schmutzanfall erheblich nachteilig, weil sowohl wesentliche Bereiche der Spindel wie auch ihre Dichtpackung dem korrosiven Angriff in erhöhtem Maß unterliegen. Die Verwendung empfindlicherer Dichtpackungen oder präzise ausgeführter Kupplungsglieder zwischen dem auf- und abwärts bewegten Spindelabschnitt in der Stopfbüchse und dem rotierenden Spindelabschnitt am Antrieb3ende ist aus dem gleichen Grund unzweckmäßig. Die Verwendung einer ungeteilten Spindel, bei der auch der in der Diobtungspaokung befindliche Spindelabschnitt gedreht wird, verbietet sich an Hochdruckventilen wegen der hohen Reibungskräfte der Dichtpackung gegenüber der Spindel.The spindles of shut-off and regulating organs, these are in general Valves and gate valves are usually sealed against the housing wall of the valve by means of a stuffing box or U-ring packing. These sealing packings are screwed against the ring-shaped piece, the so-called glasses Sealing surfaces pressed or brought under tension. For tightening and later for readjusting the clamping nuts, clamping screws or Union nuts are in which the drive end of the spindle is received Housing part, the so-called lantern, sufficiently large openings or windows are required. These windows are when using the valve in chemical plants or generally in the vicinity of corrosive substances, with high humidity and in the case of large amounts of dirt, this is considerably disadvantageous because both essential areas of the spindle and theirs Sealing packing are subject to increased corrosive attack. The use of more sensitive sealing packings or precisely executed ones Coupling links between the up and down moving spindle section in the stuffing box and the rotating one Spindle section at the end of the drive is inexpedient for the same reason. The use of an undivided spindle, with which also the spindle section located in the Diobtungspaokung is turned, is forbidden on high pressure valves because of the high frictional forces of the packing against the spindle.

Aus der DT-OS 2 201 081 ist eine Spindelabdichtung für ein unter geringem Druck betriebenes Ventil mit einem Aufsatzstück (Kopfstück) ohne laternenartige Aussparungen und mit einteiliger Spindel bekannt, bei dem die der Reibung der rotierenden SpindelDT-OS 2 201 081 describes a spindle seal for a valve operated under low pressure with an attachment piece (Head piece) known without lantern-like recesses and with a one-piece spindle, in which the friction of the rotating spindle

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ausgesetzte Dicbtpackung von der Seite des durch strömenden Mediums her unter dem Preßdruck eines Federringes in Verbindung mit Tellerfedern gehalten ist, um ein häufiges Nachstellen der Dichtpackung zu vermeiden. Bei dieser Anordnung sind folglich die Federeleraente ebenfalls dem korrosiven Einfluß des Mediums ausgesetzt, und eine dauernde Fettfüllung im Raum um die Federn ist nicht möglich. Ferner ist diese Bauweise mit in der Dichtpackung rotierender Spindel für Hochdruckventile nicht brauchbar. exposed packing from the side of the flowing through Medium is held under the pressure of a spring washer in connection with disc springs to allow frequent readjustment of the Avoid sealing packing. With this arrangement, the spring elements are also protected against the corrosive influence of the medium exposed, and a permanent grease filling in the space around the springs is not possible. This design is also included in the packing rotating spindle for high pressure valves not usable.

Die DT-OS 1 750 382 beschreibt ein sogenanntes RußbllLserventil mit ungeteilter Spindel, die in einer Büchse aus Sinterwerkstoff mit Notlaufeigenschaften geführt ist, wodurch die Dicbtpackung mehr oder weniger als Spindelführung entlastet wird. Die Stopfbuchsbrille steht ferner einerseits unter dem Druck einer voreinstellbaren Schließfeder, die die Packung belastet, und ist andererseits in Gegenrichtung durch weitere Federn entlastet, so daß der zeitweise angestiegene Systemdruck eine selbsttätige Öffnung des Schließkegels bewirkt.- Eine derartige Spindelführung ist auch in konstruktiven Einzelheiten ebenfalls nicht geeignet, die Forderungen an ein Hochdruckabsperrorgan zu erfüllen.DT-OS 1 750 382 describes a so-called sootblower valve with undivided spindle, which is guided in a sleeve made of sintered material with emergency running properties, whereby the thick packing is relieved more or less than the spindle guide. The gland follower is also on the one hand under the pressure of a presettable closing spring, which loads the packing, and is on the other hand relieved in the opposite direction by further springs, so that the temporarily increased system pressure a automatic opening of the closing cone causes. Such a spindle guide is also in structural details not suitable for the requirements of a high pressure shut-off device to meet.

Schließlich zeigt die DT-OS 2 100 371 ein Absperrventil für verhältnismäßig niedrige Systemdrucke mit einer Wärmeisolierung zwischen dem Gehäuse mit Absperrkörper einerseits und dem Antriebsende der Spindel einschließlich der Stopfbüchse andererseits. In einem auf das Ventilgehäuse aufgesetzten Abstandsteil ist ein temperaturbeständiger Verdrängungskörper, z.B. aus Asbestscbeiben, unter dem Preßdruck einer Feder gehalten, der die Funktion einer Dichtpackung jedoch nicht ausüben kann. Diese Dichtpackung befindet sich vielmehr obae Federbelastung in einer Stopfbuchsbrille unterhalb des AnirLebsendes der Spindel.Finally, DT-OS 2 100 371 shows a shut-off valve for relatively low system pressures with thermal insulation between the housing with shut-off body on the one hand and the drive end of the spindle including the stuffing box on the other. A temperature-resistant displacement body, e.g. made of Asbestos scraps, held under the pressure of a spring, which, however, cannot perform the function of a sealing packing. These Sealing packing is rather obae spring loading in one Stuffing box gland below the live end of the spindle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserteThe invention is based on the object of an improved

Spindelabdichtung für Absperr- und Regelorgane nach Hocbdruck-Spindle seal for shut-off and control elements according to Hocbdruck-

norm zu schaffen, z.B. für die Druckstufen 325 und 700 bar, die folgende Forderungen erfüllt:standard, e.g. for pressure levels 325 and 700 bar, which meets the following requirements:

" ³J *!.: . · : \.i . .·' :.:. °·^ζ· 3° ^{δ1 j} / Die wartungsfreie Betriebszeit ist " ³ J *!.:. ·: \ .I.. · ':.:. ° · ^ζ · 3 ° ^{δ1 j} / The maintenance-free operating time is

a) für die Dicbtpackung unda) for the thick pack and

b) für die Spindelkupplung zwischen dem inneren translatoriscb bewegten Spindelteil und dem äußeren drehbaren Teil um 50 bis 100 $> zu erhöhen,b) for the spindle coupling between the inner translationally moved spindle part and the outer rotatable part by 50 to 100 $> ,

c) die Baulänge bzw. Bauhöhe des Ventils ist in Achsrichtung der Spindel um 15 bis 20 $> gegenüber herkömmlichen Hochdruck-Eckventilen und -DurchlaufVentilen zu kürzen, wobei diese Forderung wegen der notwendigen Zugänglichkeit an den Flanschen im wesentlichen nur im Bereich des Aufsatzstücks bzw. Kopfstücks für den Spindelantrieb erfüllbar ist,c) the overall length or overall height of the valve must be shortened by 15 to 20 $ in the axial direction of the spindle> compared to conventional high pressure angle valves and flow valves, whereby this requirement is essentially only in the area of the top section or the flange due to the necessary accessibility to the flanges. Head piece for the spindle drive can be fulfilled,

d) das Kopfstück für den Spindelaufsatz ist für die Aufnahme einer von außen nicht angreifbaren Fettfüllung geschlossen auszuführen.d) the head piece for the spindle attachment is closed to accommodate a grease filling that cannot be attacked from the outside to execute.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Spindelantrieb im wesentlichen bestehend aus einem Ventilgehäuse und einem Kopfstück sowie einer geteilten Spindel mit einem inneren den Absperrkegel tragenden, eine Dichtpackung durchdringenden, translatorisch bewegten Teil und einem äußeren drehbaren Spindelteil mit dem Antriebselement sowie federnden Spannmitteln für die Dichtpackung erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination folgender Merkmale:This task is based on a spindle drive essentially consisting of a valve housing and a head piece as well as a split spindle with an inner translationally bearing the shut-off cone and penetrating a sealing packing moving part and an outer rotatable spindle part with the drive element and resilient clamping means for the Sealing packing achieved according to the invention by the combination of the following features:

a) Die Stopfbuchspackung ist von der Antriebsseite der Spindel her durch ein Tellerfederpaket belastet,a) The stuffing box packing is loaded from the drive side of the spindle by a disk spring assembly,

ΐ>) die Spindelteile stützen sich an den im inneren des Kopfstücks befindlichen, konkav ausgeführten Stirnflächen auf einer Kugel ab und sind durch im Querschnitt U-förmig profilierte, in Nuten an den Spindelenden eingreifende Halbschalen miteinander gekuppelt, wobei die Mantelflächen der Halbsclialen mittel- oder unmittelbar im Kopfstück geführt sind-ΐ>) the spindle parts are supported on the inside of the head piece located, concave end faces on a ball and are U-shaped in cross-section profiled half-shells engaging in grooves at the spindle ends coupled to one another, the lateral surfaces of the half-clials being guided directly or indirectly in the head piece are-

c) der Hubraum der Tellerfedern und der benachbarte Bewegungsraum der Kupplungsbalbscbalen einschließlich! der Kugel bilden einen gemeinsamen nach außen abgeschlossenen Raum für eine Scbmiermittelfüllung.c) the displacement of the disc springs and the adjacent space of movement of the clutch bellows, including! the ball form a common space closed to the outside for a lubricant filling.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung nimmt das Ventilgehäuse als federbelastete Dichtpackung entweder geschichtete Nutringmanschetten auf oder einen einteiligen zylindrischen Dichtkörper aus nachgiebigem Werkstoff, in dessen Innen- und Außenfläche schräg verlaufende, ringförmige Nuten eingeformt sind.According to further features of the invention, the valve housing takes either layered grooved ring collars as a spring-loaded sealing packing on or a one-piece cylindrical sealing body made of flexible material, in its inner and outer surface inclined, annular grooves are formed.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.Further features of the invention emerge from the following detailed description in connection with the Drawings.

Die Pig. 1 zeigt ein als Eckventil ausgeführtes geschmiedetes Ventilgehäuse 1 mit Schraubflanechen nach Hocbdrucknorm. Das den äußeren Spindelantrieb aufnehmende geschlossene Kopfstück ist mit dem Gehäuse 1 ebenfalls verschraubt. Um der im Inneren in der Dichtpackung 3 ohne Drehung bewegten Teil 4a der Spindel mit dem Schließkegel 5 und den mittels eines Gewindes im Kopfstück 2 drehend bewegten Teil 4b der Spindel gebildeten Antrieb mit geringer gegenseitiger Reibung zu kuppeln, sind in die gegenüberliegenden Enden der Spindelteile ringförmige Nuten und unmittelbar an den Stirnflächen kugelige Vertiefungen eingearbeitet. Zum Zusammenbau des Ventils mit seinen Antriebjteilen werden auf den inneren Teil 4a der Spindel zunächst die büchsenförmigen Paßstücke 6 mit zwischengelegter Dichtpackung aufgeschoben und dann ein Tellerfederpaket 7 vorgelegt. Die Federkraft dieses Tellerfederpakets ist so bemessen, daß der auf die Dichtpackung 3 nach dem Zusammenbau des Ventils ausgeübte Preßdruck stets größer ist als die durch den Syetemäruck des abzusperrenden Mediums auf die Packung 3 ausgeübte Kraft. Das Tellerfederpaket 7 bewirkt ferner bei werkstoffbedingten größeren Maßänderungen der Packung, die sich bei wechselnden Temperaturen einstellen, einen Dehnungsausgleich.- Zur Kupplung der Spindelteile 4a, 4b wird zunächst die Kugel 8 eingefügt, sodann mit Hilfe der im Querschnitt U-förmig profilierten Halbschalen 9a, 9b, die in die Nuten an den Spindelenden eintreten,The Pig. 1 shows a forged one designed as a corner valve Valve housing 1 with screw flanges according to Hocbdrucknorm. That The closed head piece accommodating the outer spindle drive is also screwed to the housing 1. To the im Inside in the packing 3 without rotation part 4a of the spindle with the closing cone 5 and by means of a thread in the head piece 2 rotating part 4b of the spindle formed drive with low mutual friction to couple are in the opposite ends of the spindle parts have annular grooves and spherical depressions incorporated directly into the end faces. For assembling the valve with its drive parts on the inner part 4a of the spindle first the sleeve-shaped fitting pieces 6 with an interposed packing pushed on and then presented a disc spring package 7. the The spring force of this disk spring assembly is such that the one exerted on the packing 3 after the valve has been assembled Press pressure is always greater than that by the Syetemäruck of the medium to be shut off force exerted on the packing 3. The disc spring package 7 also causes material-related larger dimensional changes of the packing, which occur with changing temperatures, an expansion compensation. - To the coupling of the spindle parts 4a, 4b, the ball 8 is inserted first, then with the help of the U-shaped profiled half-shells 9a, 9b, which enter the grooves at the spindle ends,

θ.ζ. 30 819θ.ζ. 30 819

beife Spindelteile gekuppelt und das im Inneren mit einer dimensionierten zylindrischen Bohrung versehene Kopfstück 2 aufgeschraubt. Der Außendurchmesser der zylindrischen Halbschalen 9a, 9"b ist so kalibriert, daß unmittelbar in der zylindrischen Bohrung des Kopfstücks 2 nur ein enger Ringspalt zum Durchtreten einer Fettfüllung verbleibt. Die Halbschalen 9a, 9b können jedoch bei einer nur unwesentlich anderen Ausführungsform auch mittelbar im Kopfstück 2 geführt sein, wenn z.B. zwischen ihrer Mantelfläche und der Innenwandfläche des Kopfstücks noch eine Spannmutter angeordnet ist, mit der die Packung 3 und das Tellerfederpaket auch einstellbar unter Spannung gesetzt werden kann. Nach dem Verschrauben des Kopfstücks 2 mit dem Ventilgehäuse 1 nehmen dann die gekuppelten Spindelteile 4a, 4b und die Dichtpackung 3 mit den Paßstücken 6 und dem T_ellerfederpaket 7 die in Fig. 2 vergrößert dargestellte Funktionslage in einem nach außen abgeschlossenen Raum ein, in den über mit Stopfen zu versehende Bohrungen 10 die Fettfüllung eingebracht werden kann. Diese Fettfüllung wird beim Betätigen des Ventils mittels des Handrads 11 oder eines Stellmotors im Innenraum des Kopfstücks 2 intensiv verdrängt, so daß die Kugel und auch das Tellerfederp&ket 7 ihre Bewegungen über lange Betriebszeiten hinweg auf gefetteten Flächen ausführen können und die Dichtpackung 3 unter angemessener Preßspannung hält.beife spindle parts are coupled and the head piece 2, which is provided with a dimensioned cylindrical bore inside, is screwed on. The outer diameter of the cylindrical half-shells 9a, 9 "b is calibrated so that only a narrow annular gap remains directly in the cylindrical bore of the head piece 2 for a grease filling to pass through 2, if, for example, a clamping nut is arranged between its outer surface and the inner wall surface of the head piece, with which the packing 3 and the disc spring assembly can also be tensioned in an adjustable manner spindle parts 4a, 4b and the sealing collar 3 with the fitting pieces 6 and the T _e ller spring pack 7 in Fig. 2 function position shown enlarged into a closed to the outside space in the via with a plug to be provided holes 10, the grease filling can be introduced. This When the valve is operated using the handwheel 1 1 or a servomotor in the interior of the head piece 2 intensely displaced, so that the ball and also the plate spring package 7 can perform their movements over long periods of operation on greased surfaces and keep the packing 3 under adequate compressive stress.

Als federbelastete Dichtpackung 3 kommen für die ober beschriebene Ausführung des Hochdruckventils beschichtete Nutringmanschetten bekannter Art in Betracht. Es haben jedoch Praxisversuche gezeigt, daß die Standzeit der Dichtpackung 3 noch weiter erhöht werden kann, wenn einteilige Dichtringe verwendet werden, wie sie in den Figuren 3 und 4 im Querschnitt dargestellt sind. Diese Dichtringe besteben aus den üblichen nachgiebigen Werkstoffen, deren Auswahl nach den Gegebenheiten, wie Temperatur, Druck, Korrosionsfestigkeit usw., erfolgt. Zur Gewährleistung der Verdrängung der Dichtpackung gegen die Spindel 4a unter der Last des Te11erfederpakets 7 sind in die inneren und äußeren Flächen der einteiligen Packungszylinder 3a Nuten 12 eingearbeitet bzw. eingeformt, deren Richtung schräg zur Längsachse verläuft. Die ringförmigen Nuten 12 könnenAs a spring-loaded packing 3 come for the above described Execution of the high pressure valve coated U-ring collars of known type into consideration. It did have however Practical tests have shown that the service life of the packing 3 can be increased even further if one-piece sealing rings can be used, as shown in FIGS. 3 and 4 in cross section are shown. These sealing rings are made of the usual flexible materials, the selection of which is based on the circumstances such as temperature, pressure, corrosion resistance, etc. To the Ensuring the displacement of the packing against the spindle 4a under the load of the Te11erfederpakets 7 are in the inner and outer surfaces of the one-piece packing cylinder 3a grooves 12 incorporated or molded, the direction of which is inclined runs to the longitudinal axis. The annular grooves 12 can

- 6 j - 6 y

gemäß Fig. 3 innen und außen gegeneinander versetzt sein oder aber, wie es Fig. 4 zeigt, innen und außen auf gleicher Höbe liegen, so daß symmetrische oder asymmetrische Dicbtlippen 3b entstehen. Beim Zusammenpressen der Dichtung werden die Dicht-1-ippen 3b nach außen und innen gedrückt und dabei an die zu dichtenden Flächen der Spindel und des Gehäuses angelegt. Der Innendruck verstärkt diese Yiirkung. Die einteilige Dichtung 3a hat an beiden Stirnseiten ebene Flächen. Dabei sind die bei den Nutiingen üblichen Grund- und Deckringe mit profilierten Stirnflächen nicht erforderlich.- Die Länge der einteiligen Dichtung 3a ist genau bestimmt; es können sich nicht die Herstellungstoleranzen einer Vielzahl von Ringen addieren oder bei der Montage eine falsche Anzahl von Ringen eingebaut werden.-Der Formgebung dieser einteiligen Dichtungsringe und ihrer Verwendung als Dicbtpackung· kommt im Rahmen dieses Beispiels auch selbständige erfinderische Bedeutung zu.be offset from one another inside and outside according to FIG. 3 or, as FIG. 4 shows, inside and outside at the same level lie so that symmetrical or asymmetrical Dicbtlippen 3b arise. When the seal is pressed together, the seal 1-flips 3b pressed outwards and inwards and applied to the surfaces of the spindle and the housing to be sealed. Of the Internal pressure intensifies this effect. The one-piece seal 3a has flat surfaces on both ends. The base and cover rings with profiled end faces are common with Nutiingen not required.- The length of the one-piece seal 3a is precisely defined; the manufacturing tolerances of a large number of rings cannot add up or in the Assembly, the wrong number of rings are installed - the shape of these one-piece sealing rings and their Use as a thick pack comes in the context of this example also independent inventive importance.

Claims

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1.Spindle drive with sealing for shut-off and regulating elements, preferably for high pressures, essentially consisting of a two-part valve body (valve housing and head piece) and a split spindle, with an inner, upward and downward moving part that carries the shut-off cone and penetrates a thick packing and an outer rotatable part with the drive element and resilient clamping means for the packing, characterized by the combination of the following features:

a) The packing \ 3) is from the drive side of the Spindle (4a, 4b) loaded by a disk spring assembly (7),

b) the spindle parts (4a, 4b) are supported in the interior of the head piece (2) on their concave supporting surfaces on a ball (8) and straight through in cross section '' U-shaped profiled half-shells (9a, 9b) engaging in grooves on the spindle ends coupled to one another, whereby the outer surfaces of the half-shells are guided directly or indirectly in the head piece,

c) the displacement of the disc spring assembly (7) and the adjacent one Movement space π «of the half-scales (9a, 9b) inclusive the ball (8) bi the one common space closed to the outside for a lubricant filling

2. Spindle drive according to claim 1, characterized in that the valve housing (1) as a dicbtpackung (3) receives layered Nutringraansc Betten, j

3. Spindle drive according to claim 1, characterized «that the valve housing (1) as a dicbtpackung (3) receives a one-piece cylindrical Dicbtkörper (3a) made of flexible material, in the inner and outer surface of which inclined annular grooves (12) are formed or incorporated are

(see Pig. 3, Pig. A) J.
Zelchn . BASP Aktiengesellschaft