DE934920C

DE934920C - Ball valve for liquid or gaseous flow media

Info

Publication number: DE934920C
Application number: DEV6009A
Authority: DE
Inventors: Carl Dipl-Ing Burger
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1953-07-05
Filing date: 1953-07-05
Publication date: 1955-11-10

Description

Kugelschieber für flüssige oder gasförmige Strömungsmittel Die Erfindung bezieht sich auf ein Abschlußorgan für Rohrleitungen, und zwar auf einen sogenannten Kugelschieber, dessen Verschlußkörper aus einem drehbaren, in-einem kugelförmigen Gehäuse angeordneten Rohrstück besteht. Solche Schieber werden hauptsächlich als Absperrorgane in Rohrleitungen von Wasserkraftanlagen eingebaut. Zur Betätigung dieser Schieber sind große Antriebsmomente erforderlich, da die Strömung an der scharfen Eintrittskante des Schieberdrehkörpers, und zwar besonders in deren unterem Bereich, plötzlich stark abgelenkt wird. Infolge dieser Ablenkung tritt hinter der Eintrittskante ein starker, relativer Unterdruck des Strömungsmittels auf, der sich auf den Schieberdrehkörper und damit auf dessen Antriebswelle als hydraulisches Moment auswirkt, das insbesondere im Bereich eines Schließwinkels etwa zwischen 7 und ro° sehr hohe Werte aufweist. Damit nun die Bemessung des Antriebsmechanismus für den Schieberdrehkörper in wirtschaftlich tragbaren Grenzen gehalten werden kann, wird angestrebt, diese Spitzenmomente so klein wie möglich und die gesamten Antriebsmomente über den ganzen Verstellweg des Schieberdrehkörpers so gleichmäßig wie möglich zu halten.Ball valve for liquid or gaseous fluids The invention relates to a closure member for pipelines, namely to a so-called Ball valve, the closure body of which consists of a rotatable, in-a spherical Housing arranged pipe section consists. Such sliders are mainly called Shut-off devices installed in the pipelines of hydropower plants. For actuation large drive torques are required for this slide, since the flow at the sharp leading edge of the slider rotating body, especially in the lower one Area that suddenly becomes very distracted. As a result of this distraction occurs behind the Leading edge a strong, relative negative pressure of the fluid, which on the rotary valve body and thus on its drive shaft as a hydraulic one Moment affects, especially in the area of a closing angle between approximately 7 and ro ° has very high values. So now the dimensioning of the drive mechanism for the rotary valve body can be kept within economically acceptable limits, The aim is to keep these peak torques as small as possible and the total drive torques over the entire adjustment path of the slide valve body as evenly as possible keep.

Es wurde schon vorgeschlagen, am Schieberdrehkörper dadurch einen Ausgleich des Strömungsdruckes zu schaffen, daß an dem beim Schließen gegen den Strömungsverlauf bewegten Randteil der Eintrittskante des Schieberdrehkörpers durchgehende Bohrungen oder Öffnungen angebracht wurden, durch welche das Strömungsmittel im vorstehend geschilderten kritischen Bereich der Zwischenstellungen des Schieberdrehkörpers zum Druckausgleich aus Überdruckgebieten in Unterdruckgebiete übergeleitet wird. Weiter ist es auch bekannt, solchen Stellen der Innenfläche des Schieberdrehkörpers, an denen im Verlaufe des Verstellvorganges Unterdruck auftritt, durch Bohrungen von außen, beispielsweise durch die hohle Antriebswelle hindurch, Luft zuzuführen. In dem zuerst geschilderten Vorschlag ist als weitere Lösung auch die Anregung enthalten, den unteren Bereich der Drehkörper-Eintrittskante zackig auszubilden, also an Stelle von Bohrungen Schlitze vorzusehen, durch welche ebenfalls der Druckausgleich vor sich geht.It has already been proposed to use one on the slide rotating body To create equalization of the flow pressure that at the closing against the Flow path moving edge part of the leading edge of the slide rotating body continuous Holes or openings have been made through which the fluid in the the above-described critical area of the intermediate positions of the rotary valve body is transferred to pressure equalization from overpressure areas into underpressure areas. It is also known to have such locations on the inner surface of the Valve rotating body, at which negative pressure occurs in the course of the adjustment process, through holes from the outside, for example through the hollow drive shaft, to supply air. The suggestion outlined first also contains the suggestion as a further solution, to design the lower area of the rotating body leading edge in a jagged manner, that is to say in place of holes to provide slots through which the pressure equalization is also possible is going.

Durch die Erfindung wird nun ein neuer, einfacher Weg zur Verringerung des Antriebsmomentes angegeben. Die Erfindung besteht in dem Vorschlag, jenen Randteil an der Eintrittskante des Schieberdrehkörpers, der sich beim Schließen in die Strömung hineinbewegt und beispielsweise bei einem Kugelschieber mit waagerechter Drehachse als unterer Randteil bezeichnet werden kann, gegenüber dem übrigen, insbesondere oberen Randteil der Eintrittskante in Richtung des Strömungsverlaufes zurückzuverlegen oder aber in Bezug auf die unterste Mantellinie der Rohrleitung nach außen zu versetzen, diese Kante also z. B. nach außen aufzubiegen.The invention now provides a new, simple way of reducing of the drive torque specified. The invention consists in the proposal, that edge part at the leading edge of the valve's rotating body, which becomes part of the flow when it closes moved into it and, for example, in a ball valve with a horizontal axis of rotation can be referred to as the lower edge part, compared to the rest, in particular Relocate the upper part of the leading edge in the direction of the flow or offset to the outside in relation to the lowest surface line of the pipeline, this edge z. B. to bend outwards.

Durch Zurückverlegen der angeströmten unteren Eintrittskante wird der wirksame Hebelarm des in der kritischen Drehkörperzwischenstellung auftretenden maximalen hydraulischen Momentes verkürzt und damit eine Vergleichmäßgung der Antriebsleistung für den Schieberdrehkörper erreicht. Das Zurückverlegen der unteren Eintrittskante kann durch teilweises -Ausschneiden des Schieberdrehkörpers an dieser Kantenstelle erfolgen. Ein solcher Ausschnitt kann entweder rechtwinklig ausgebildet sein oder auch allmählich in den übrigen, insbesondere oberen Teil der Drehkörper-Eintrittskante überleiten.By relocating the lower leading edge against which the flow occurs, the effective lever arm of the one occurring in the critical intermediate position of the rotating body maximum hydraulic torque shortened and thus an equalization of the drive power reached for the rotary valve body. Relocating the lower leading edge can be done by partially cutting out the slider rotating body at this edge point take place. Such a cutout can either be formed at right angles or also gradually in the remaining, in particular the upper part of the rotating body leading edge transfer.

Dem zweiten Vorschlag nach der Erfindung, nämlich die untere Eintrittskante in Bezug auf die unterste Mantellinie der Rohrleitung durch Aufbiegen nach außen zu versetzen, liegt der Gedanke zugrunde, daß sich hierdurch eine zeitliche Verlagerung des Auftretens der größten Momente an den einzelnen Stellen der Eintrittskante über einen größeren Schwenkbereich und damit eine 'Vergleichmäßigung des Gesamtmomentes. Wenn- nunmehr der Schieberdrehkörper z. B. zwischen 7 und io° in Schließrichtung verdreht ist, also den kritischen Winkelbereich gerade durchläuft, so ist dabei seine aufgebogene und dadurch nach außen verlegte untere Eintrittskante noch außerhalb der Strömung oder jedenfalls noch außerhalb des kritischen Bereiches. Das hydraulische Spitzenmoment, welches bisher in dieser Drehkörperstellung durch den gegen die noch fast volle Strömung gerichteten unteren Teil der Eintrittskante hervorgerufen wurde, kann sich infolgedessen bei weitem nicht mehr so stark ausbilden. Tritt dann auch der verlegte Eintrittskantenteil in den kritischen Winkelbereich ein, so ist der übrige Teil der Eintrittskante bereits aus dem kritischen Winkelbereich wieder entfernt. Die angestrebte Vergleichmäßigung der hydraulischen Momente und damit die Verkleinerung der Antriebsleistung für den Schieberdrehkörper ist somit weitgehend erreicht.The second proposal according to the invention, namely the lower leading edge in relation to the lowest surface line of the pipeline by bending outwards to move, is based on the idea that this will result in a time shift the occurrence of the greatest moments at the individual points of the leading edge a larger swivel range and thus a 'equalization of the total torque. If- now the slide rotating body z. B. between 7 and io ° in the closing direction is twisted, so it just passes through the critical angular range its lower leading edge, which has been bent up and thus moved outwards, is still outside the flow or at least still outside the critical range. The hydraulic Peak torque, which so far in this rotating body position by the against the still almost full flow-directed lower part of the leading edge was caused, As a result, it is nowhere near as strong any more. Then also kick the laid leading edge part enters the critical angle area, then the the remaining part of the leading edge has already been removed from the critical angle range. The desired equalization of the hydraulic torques and thus the reduction in size the drive power for the rotary valve body is thus largely achieved.

Strömungstechnisch günstig ist- es, die Ausbiegung der unteren Eintrittskante gekrümmt auszubilden. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Neigung dieses ausgebogenen Kantenteiles etwa zwischen 7 und io° beträgt. Wenn dann der Schieberdrehkörper den kritischen Winkelbereich durchläuft, so liegt die untere Eintrittskante des Drehkörpers erst auf der Höhe der untersten Mantellinie der Rohrleitung. Durch diesen unteren Teil der Eintrittskante wird somit vorerst kein oder fast kein hydraulisches Moment erzeugt.In terms of flow technology, it is advantageous to bend the lower leading edge to form curved. It is also advantageous if the inclination is curved Edge part is approximately between 7 and 10 °. If then the slide rotating body the passes through the critical angular range, the lower leading edge of the rotating body is located only at the level of the lowest surface line of the pipeline. Through this lower Part of the leading edge is therefore initially no or almost no hydraulic moment generated.

Werden die beiden Maßnahmen, also das Zurückverlegen und Aufbiegen der unteren Eintrittskante, zugleich angewendet, so wird dementsprechend ein Höchstmaß von Ausgleich der im kritischen Bereich auftretenden hydraulischen Momente erreicht, was sich besonders günstig auf die Antriebsleistung für den Schieber-Drehkörper auswirkt. Es ist nunmehr möglich, daß derAntriebsmechanismus für den Schieberdrehkörper nicht mehr wegen eines gegenüber dem Gesamtschließ- bzw. Öffnungsweg an sich kleinen Teilweges, in dessen Bereich bisher ein außergewöhnlich hohes hydraulisches Moment aufgetreten ist, übermäßig bemessen zu werden braucht.Will the two measures, i.e. relocating and bending open the lower leading edge, applied at the same time, is accordingly a maximum by balancing the hydraulic torques occurring in the critical area, which is particularly beneficial to the drive power for the slide rotary body affects. It is now possible that the drive mechanism for the slide rotating body no longer because of a small per se compared to the total closing or opening travel Partial path, in the area of which so far an exceptionally high hydraulic torque has occurred, needs to be over-sized.

In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematisch gezeichneten Längsschnitten durch einen Kugelschieber dargestellt, der zum Abschluß von Rohrleitungen mit einer auf der Abflußseite angeordneten Dichtung dient. Es zeigt Fig. i einen Kugelschieber, dessen untere, angeströmte Eintrittskante rechtwinklig ausgeschnitten ist, Fig. 2 einen Kugelschieber, dessen ausgeschnittener Randteil allmählich in den. oberen Teil der Eintrittskante übergeht, Fig.3 einen Kugelschieber mit ausgebogener Unterkante in der vollen Offenstellung, Fig. q. den gleichen Kugelschieber wie in Fig. 3, einige Grade aus der Offenstellung in Schließrichtung verdreht, Fig. 5 einen Kugelschieber mit zurückverlegter und gleichzeitig ausgebogener; abgerundeter unterer Eintrittskante und Fig.6 denselben Kugelschieber wie in Fig.5, einige Grade aus der Offenstellung in Schließrichtung verdreht.In the drawing, four exemplary embodiments of the invention are shown schematically in FIG drawn longitudinal sections through a spherical slide, the conclusion of pipelines with a seal arranged on the discharge side is used. It Fig. i shows a spherical slide, the lower, flowed leading edge of which is at right angles is cut out, Fig. 2 shows a ball valve, the cut-out edge portion gradually into the. upper part of the leading edge passes over, Fig. 3 a ball valve with curved lower edge in the fully open position, Fig. q. the same ball valve as in Fig. 3, rotated a few degrees from the open position in the closing direction, Fig. 5 a ball valve with a relocated and simultaneously curved; rounded lower leading edge and Fig. 6 the same ball valve as in Fig. 5, a few degrees rotated from the open position in the closing direction.

In sämtlichen Figuren ist mit i das kugelförmige Gehäuse, mit 2 der Kugelschieber-Drehkörper; mit 3 dessen Drehachse, mit q., 5 die Rohranschlüsse und mit 6 die Dichtungsfläche des Schieberdrehkörpers bezeichnet. Die Strömungsrichtung des Wassers ist durch Pfeile 7 angedeutet.In all the figures, i denotes the spherical housing, and 2 denotes the Ball valve rotating body; with 3 its axis of rotation, with q., 5 the pipe connections and with 6 denotes the sealing surface of the slide rotating body. The direction of flow of the water is indicated by arrows 7.

Bei dem in Fig. i dargestellten Kugelschieber ist der untere Randteil 8 der Eintrittskante des Schieberdrehkörpers 2, der sich beim Schließen gegen den Strömungsverlauf bewegt, rechtwinklig ausgeschnitten. Dadurch ist dieser Randteil gegenüber dem übrigen, insbesondere oberen Randteil 9 der Eintrittskante in Richtung des Strömungsverlaufes zurückverlegt. Der zum Schieber führende Rohranschluß q. ragt hier entsprechend dem durch den Schieberdrehkörper 2 beschriebenen Drehweg ein Stück in das kugelförmige Schiebergehäuse i hinein. Es wird so der durch die Zurückverlegung der unteren Eintrittskante 8 entstandene Zwischenraum zwischen dieser Eintrittskante und dem Rohranschluß q. verkleinert.In the case of the ball valve shown in FIG. I, the lower edge part is 8 of the leading edge of the slider rotating body 2, which when closing against the Flow course moved, cut out at right angles. This is the edge part compared to the rest, in particular the upper edge part 9 of the leading edge in the direction of the flow path relocated. The one leading to the slide Pipe connection q. protrudes here in accordance with the rotary path described by the rotary valve body 2 a piece into the spherical valve housing i. It will be so through the Relocation of the lower leading edge 8 resulting space between this Leading edge and the pipe connection q. scaled down.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 läuft der zurückverlegte untere Teil io der Eintrittskante allmählich in den oberen Teil 9 der Eintrittskante über. In den Fig. 3 und q. ist die untere Eintrittskante i i um etwa io° gegenüber der Längsachse des Schieberdrehkörpers 2 ausgebogen. Die Zurückverlegung dieser Eintrittskante i i entspricht hier nur der Bogenhöhe des durch die Ausbiegung beschriebenen Kreisbogens. Die Mantellinie des Rohranschlusses q. verläuft hier gerade.In the arrangement according to FIG. 2, the relocated lower part runs io the leading edge gradually over into the upper part 9 of the leading edge. In Figs. 3 and q. is the lower leading edge i i by about io ° with respect to the longitudinal axis of the slider rotating body 2 bent out. The relocation of this leading edge i i here only corresponds to the arch height of the circular arc described by the bend. The surface line of the pipe connection q. runs right here.

Bei dem in den Fig. 5 und 6 gezeigten Kugelschieber ist der zurückverlegte ausgebogene untere Teil 12 der Eintrittskante gleichzeitig gekrümmt. Aus Fig.6 ist noch zu ersehen, wie die Vorderkante 12" des Schieberdrehkörpers 2 gerade mit der untersten Mantellinie 4" des Rohranschlusses q. abschließt, während die anschließenden Bereiche des Schieberdrehkörpers gerade in der kritischen io°-Winkelstellung stehen. häuse angeordneten Rohrstück besteht, für flüssige oder gasförmige Strömungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der (untere) Randteil an der Eintrittskante des Schieberdrehkörpers, der sich beim Schließen in die Strömung hineinbewegt, gegenüber dem übrigen, insbesondere oberen Randteil der Eintrittskante in Richtung des Strömungsverlaufes zurückverlegt und/oder in bezug auf die unterste Mantellinie der Rohrleitung nach außen versetzt ist.In the case of the ball valve shown in FIGS. 5 and 6, the is relocated curved lower part 12 of the leading edge curved at the same time. From Fig.6 is can still be seen how the leading edge 12 "of the slide rotating body 2 just with the bottom surface line 4 "of the pipe connection q. completes while the subsequent Areas of the rotary valve body are currently in the critical io ° angular position. housing arranged pipe section, for liquid or gaseous fluids, characterized in that the (lower) edge part at the leading edge of the rotary valve body, which moves into the flow when closing, compared to the rest, in particular upper edge part of the leading edge moved back in the direction of the flow course and / or offset to the outside with respect to the lowermost surface line of the pipeline is.

z. Kugelschieber nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der sich in die Strömung hineinbewegende untere Randteil (i i) der Eintrittskante durch Aufbiegen nach außen versetzt ist (Fig. 3).z. Ball valve according to claim i, characterized in that the lower edge part (i i) of the leading edge moving into the flow Bending is offset to the outside (Fig. 3).

3. Kugelschieber nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß der sich in die Strömung hineinbewegende untere Kantenrandteil (12) des Schieberdrehkörpers eine gekrümmte Ausbiegung aufweist (Fig. 5 und 6).3. Ball valve according to claim i and a, characterized in that the lower edge part (12) of the rotary valve body moving into the flow has a curved bend (Figs. 5 and 6).

q.. Kugelschieber nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des nach außen ausgebogenen Kantenrandteiles (11, 12) gegenüber der Längsachse des SÜhieberdrehkörpers etwa zwischen 7 und io° beträgt.q .. Ball valve according to claim i to 3, characterized in that the inclination of the outwardly curved edge edge part (11, 12) with respect to the The longitudinal axis of the SÜhieber rotary body is approximately between 7 and 10 °.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Ball valve, the locking piece of which consists of a rotatable, in a spherical Ge-Attracted publications: German Patent No. 622 796.