PL162160B1

PL162160B1 - Ball valve sealing

Info

Publication number: PL162160B1
Application number: PL28107989A
Authority: PL
Inventors: Ryszard Cieslewicz; Czeslaw Jacyno; Marek Gaj
Original assignee: Politechnika Szczecinska; Stocznia Szczecinska
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1993-09-30
Also published as: PL281079A1

Abstract

Uszczelnienie kurka kulawego trójdrożnego, zawierającego kulę z otworami umieszczoną w korpusie pomiędzy Jego rurowymi wkrętami 1 trzpieniem z płaską Końcówką, snamlenne tym, że w korpusie kurka (1) Jest wykonany na końcu gwintu rowek (2), w którym osadzony Jest elastyczny pierścień (3), uszczelniający walcową powierzchnię rurowej wkrętki (4), w której centrycznle osadzone 1 doszczelnione są pośrednicząca rurkowa tuleja (5) oraz uszczelniająca tuleja (6) z kołnierzem (7) posiadającym od strony kuli (8) w skośnej powierzchni czołowej głęboki prostokątny poosiowy rowek (9) z promieniowym rowkiem (10), tworzącymi w poprzecznym pólprzekroju kształt krzyża lub dużej litery T, w których to rowkach usytuowane Jest elastyczne szczeliwo (11), przylegające do powierzchni tej kuli, zaś pomiędzy rurkową tuleją (5) 1 uszczelniającą tuleją (6) znajduje się sprężysty pierścień (12), opierający się swoją zewnętrzną częścią o czołową powierzchnię (13) wkrętki (4), a częścią wewnętrzną o uskok (14) uformowany w kołnierzu tej uszczelniającej tulel. przy czym rurkowa tuleja (5) zaopatrzona Jest w uszczelniające pierścienie (15) osadzone w prostokątnych rowkach (16) na zewnątrz 1 wewnątrz tej tulel, a ponadto w uszczelnieniu zachowana Jest zależność, Iz zewnętrzna średnica (D) rurkowej tulel (5) Jest większa od wewnętrznej średnicy (du) poosiowego rowka (9), zaś wewnętrzna średnica (d) tej rurkowej tulel Jest mniejsza od zewnętrznej średnicy (Da) tego poosiowego rowkaSealing of a three-way ball valve, comprising a ball with holes placed in the body between its tubular screws and a stem with a flat tip, characterized in that in the body of the valve (1) there is a groove (2) made at the end of the thread, in which an elastic ring (3) is mounted, sealing the cylindrical surface of the tubular screw (4), in which an intermediate tubular sleeve (5) and a sealing sleeve (6) with a collar (7) are centrally mounted and sealed, having on the side of the ball (8) in the oblique front surface a deep rectangular axial groove (9) with a radial groove (10), forming in the transverse half-section the shape of a cross or a capital letter T, in which grooves an elastic sealant (11) is placed, adhering to the surface of this ball, and between the tubular sleeve (5) and the sealing sleeve (6) there is an elastic ring (12), resting with its outer part on the front surface (13) of the screw (4), and with its inner part on the offset (14) formed in the collar of this sealing sleeve. The tubular sleeve (5) is provided with sealing rings (15) mounted in rectangular grooves (16) outside and inside this sleeve, and in addition, the sealing maintains the relationship that the outer diameter (D) of the tubular sleeve (5) is greater than the inner diameter (du) of the axial groove (9), while the inner diameter (d) of this tubular sleeve is smaller than the outer diameter (Da) of this axial groove

Description

Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie kurka kulowego, zwłaszcza kurka trójdrożnego.The subject of the invention is the sealing of a ball valve, especially a three-way valve.

W znanych dotychczas rozwiązaniach konstrukcyjnych kulowych kurków, w tym także trójdrożnych, uszczelnienie dociskane jest do kuli dużą siłą sprężyny, powodującą uzyskanie na powierzchniach współpracujących nacisku uszczelnienia przekraczającego wartość maksymalnego ciśnienia przewidzianego dla kurka w jego warunkach eksploatacyjnych. Natomiast uszczelnienia pomiędzy korpusem kurka a rurową wkrętką umieszczone są na zewnątrz złącza gwintowego tak, że ciśnienie robocze panujące wewnątrz kurka obciąża złącze gwintowe przyczyniając się do poluzowywania połączenia gwintowego a nawet rozerwania w tym miejscu korpusu zaworu. Sterowanie kurkiem odbywa się przy pomocy wkręconego w jego korpus trzpienia, którego płaska końcówka wchodzi w wycięcie w kuli.In the previously known design solutions of ball valves, including three-way valves, the seal is pressed against the ball by a large spring force, resulting in a sealing pressure on the mating surfaces that exceeds the value of the maximum pressure provided for the valve in its operating conditions. On the other hand, the seals between the valve body and the tubular screw are placed outside the threaded joint, so that the working pressure inside the valve loads the threaded joint, contributing to loosening the threaded joint or even tearing the valve body at this point. The valve is controlled by a pin screwed into its body, the flat tip of which enters the notch in the ball.

W tych wysokociśnieniowych kulowych kurkach, niezależnie od ciśnienia przy jakim kurek pracuje, a szczególnie wówczas gdy eksploatowany on jest przy ciśnieniu niższym od nominał162 160 nego, naciski pomiędzy powierzchnię kuli a uszczelnieniem maję wartość stałą, sę duże, co powoduje nadmierne zużywanie się uszczelnianego miejsca oraz zwiększone opory tarcia przy obracaniu kuli kurka, wówczas też pojawiają się często przecieki w momencie zmiany ciśnienia roboczego, zaś trwałość i żywotność kurka jest znacznie mniejsza.In these high-pressure ball valves, regardless of the pressure at which the valve is operated, and especially when it is operated at a pressure lower than the nominal162 160, the pressure between the surface of the ball and the seal has a constant value, they are high, which causes excessive wear of the sealed place and increased frictional resistance when turning the ball of the valve, then leaks often appear when the operating pressure changes, while the durability and lifetime of the valve is much shorter.

Zadaniem wynalazku jest usunięcie wymienionych niedogodności oraz stworzenie uszczelnienia kulowego kurka, co pozwoli na jego bezawaryjnę i długotrwałę eksploatację w warunkach maksymalnych ciśnień przewidzianych dla danego kurka.The task of the invention is to eliminate the above-mentioned inconveniences and to create a ball seal for the valve, which will allow its failure-free and long-term operation at maximum pressures provided for a given valve.

Uszczelnienie kulowego kurka według wynalazku w swojej istocie polega na tym, że w korpusie kurka wykonano za gwintem wewnętrznym prostokętny rowek, w którym osadzono elastyczny pierścień uszczelniajęcy zewnętrznę powierzchnię walcowę rurowej wkrętki po stronie ciśnienia roboczego. W ten sposób złęcze gwintowe rurowej wkrętki i korpusu jest odciężone od działania ciśnienia roboczego. W otworze tej wkrętki osadzone sę i doszczelnione rurkowa tuleja oraz współosiowo w niej umieszczona uszczelniajęca tuleja z kołnierzem, posiadającym zukosowanę czołową powierzchnię*, która nie styka się nigdy z powierzchnię kuli kurka. Na tej zukosowanej czołowej powierzchni kołnierza znajduje się poosiowy prostokętny rowek z promieniowym wąskim rowkiem, tworzącymi w poprzecznym półprzekroju kształt krzyża lub dużej litery T, w których to rowkach usytuowane jest elastyczne szczeliwo przylegające do powierzchni kuli i z nią współpracujące. Kołnierz ma ponadto po przeciwnej stronie występ, o który opiera się płaski w stanie swobodnym sprężysty pierścień osadzony na uszczelniającej tulei i usytuowany swoją częścią dolną pomiędzy tym występem a rurkową tuleją, zaś częścią górną opierający się o czołową powierzchnię wkrętki, przy czym osadzona w otworze tej wkrętki rurkowa tuleja jest krótsza od długości tego otworu i ma na zewnętrznej i wewnętrznej swojej powierzchni prostokątne rowki, w których umiejscowione są elastyczne uszczelki, ścianka tej tulejki z wykonanymi rowkami ma w poprzecznym półprzekroju kształt stylizowanej litery S.The sealing of the ball valve according to the invention essentially consists in the fact that in the valve body there is a rectangular groove behind the internal thread, in which an elastic ring sealing the outer cylindrical surface of the tubular screw on the working pressure side is embedded. In this way, the thread connection of the tubular nut and the body is relieved from the action of the operating pressure. A tubular sleeve is seated and sealed in the bore of this screw, and a sealing sleeve with a flange coaxially placed therein has a bevelled face * that never contacts the ball surface of the valve. On this bevelled flange face there is an axial rectangular groove with a radial narrow groove forming a cross or a large T-shape in the transverse half-section, in which grooves a flexible sealant is located adjacent to the surface of the ball and cooperating with it. The flange also has a projection on the opposite side, against which rests a flat, in a free state, elastic ring seated on the sealing sleeve and located with its lower part between this projection and the tubular sleeve, and its upper part resting against the front surface of the screw, and embedded in the hole of the sealing sleeve. The tubular sleeve is shorter than the length of this hole and has rectangular grooves on its outer and inner surfaces, in which elastic seals are placed, the wall of this sleeve with the grooves has the shape of a stylized S letter in the cross-section.

Ponadto, dla zagwarantowania prawidłowej pracy kurka niezależnie od kierunku zasilania czynnikiem, musi być zachowana taka konstrukcyjna zależność aby zewnętrzna średnica rurkowej tulei była większa od wewnętrznej średnicy poosiowego rowka z uszczelnieniem, zaś wewnętrzna średnica tej rurkowej tulei była mniejsza od zewnętrznej średnicy tego poosiowego rowka, a poprzeczne przekroje przelotowych otworów w uszczelniających tulejach, kuli i korpusie kurka były sobie równe.Moreover, in order to ensure correct operation of the valve regardless of the direction of the medium supply, such a structural relationship must be maintained that the outer diameter of the tubular sleeve is larger than the inner diameter of the axial groove with the seal, and the inner diameter of the tubular sleeve is smaller than the outer diameter of this axial groove, and the cross sections of the through holes in the sealing sleeves, ball and valve body were equal.

Kulowy kurek charakteryzuje się bardzo dobrą szczelnością niezależnie od stosowanego ciśnienia wewnętrznego, szczególnie wysokie walory szczelności wykazują uszczelki umiejscowione w rurkowej tulei i korpusie zaworu a zwłaszcza uformowane w kołnierzu szczeliwo, przylegające i jednostajnie dociskane sprężystym pierścieniem do ruchomej powierzchni kuli oraz wspomagane aktualnie panującym w zaworze ciśnieniem.The ball valve is characterized by a very good tightness, regardless of the internal pressure used, especially high tightness values are demonstrated by the seals located in the tubular sleeve and the valve body, especially the sealant formed in the flange, adhering and uniformly pressed by an elastic ring to the moving surface of the ball and supported by the current pressure in the valve .

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kurek kulowy trójdrożny w półprzekroju, zaś fig. 2 - wycinek przekroju uszczelnienia kuli kurka w powiększeniu.The subject of the invention is illustrated in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the three-way ball valve in a half-section, and Fig. 2 - a close-up of the cross-section of the ball seal.

Korpus kurka 1 ma od strony uszczelnienia powierzchni kuli 8, na końcu wewnętrznego gwintu rowek 2, w którym osadzony jest elastyczny pierścień 3, uszczelniający walcową powierzchnię przed początkiem zewnętrznego gwintu rurowej wkrętki 4, eliminując tym samym powstawanie naprężeń od ciśnienia wewnętrznego w złączu gwintowym. W tej wkrętce centrycznie osadzone są i doszczelnione pośrednicząca rurkowa tuleja 5 i uszczelniająca tuleja 6 z kołnierzem 7, którego czołowa powierzchnia nachylona jest do powierzchni kuli 8, lecz nigdy się z nią nie styka. W tej nachylonej powierzchni kołnierz 7 ma wykonany w głąb prostokątny poosiowy rowek 9 oraz ma w tym rowku wykonany promieniowy rowek 10, tworzący w półprzekroju z poosiowym rowkiem kształt krzyża lub dużej litery T. W rowkach tych usytuowane jest ela162 160 styczne szczeliwo 11, przylegające z dużą dokładnością, do kształtu kuli Θ i dociskane do niej za pomocą dolnych partu sprężystego pierścienia 12, odkształconego naciskiem czołowej powierzchni 13 rurowej wkrętki 4, wspomaganego dodatkowo ciśnieniem wewnętrznym panującym w zaworze. Ciśnienie to oddziaływuje za pośrednictwem suwliwie osadzonej rurkowej tulei 5 na dolne partie tego pierścienia a następnie na uskok 14 uformowany w kołnierzu 7. Wspomagające oddziaływanie rurkowej tulei na doszczelnienie połączenia kulistego uzyskuje się. poprzez wykonanie na jej zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni prostokątnych rowkdw 16, nadających jej ściance w poprzecznym pdłprzekroju kształt stylizowanej litery S, w których to rowkach osadzone są uszczelniające pierścienie 15. Sterowanie zaworem odbywa się przy pomocy płaskiej końcówki 19 trzpienia 17 zabezpieczonego szczeliwem 18, powodującego obrót względem jego osi kuli Θ, otwierającej przeloty dla przepływu czynnika roboczego, przy czym płaska końcówka trzpienia jest luźno pasowana w rowku prowadzącym wyciętym w kuli.The valve body 1 has, on the sealing side of the ball 8 surface, at the end of the internal thread, a groove 2, in which an elastic ring 3 is mounted, sealing the cylindrical surface against the beginning of the external thread of the tubular screw 4, thus eliminating the build-up of internal pressure stresses in the threaded joint. In this screw, an intermediate tubular sleeve 5 and a sealing sleeve 6 with a collar 7 are centrally mounted and sealed, the face of which is inclined to the surface of the ball 8, but never comes into contact with it. The flange 7 has a rectangular axial groove 9 in this inclined surface and a radial groove 10 in this groove, forming a cross or a large T-shape in a half-section with an axial groove. In these grooves there is an elastic tangential sealant 11, adjacent to it. high accuracy, to the shape of the ball Θ and pressed against it by the lower parts of the elastic ring 12, deformed by the pressure of the front surface 13 of the tubular screw 4, additionally supported by the internal pressure prevailing in the valve. This pressure acts through the slidingly fitted tubular sleeve 5 on the lower parts of this ring and then on the step 14 formed in the collar 7. The supporting effect of the tubular sleeve on sealing the spherical joint is obtained. by making rectangular grooves 16 on its external and internal surface, giving its wall a stylized S-shape in the transverse cross-section, in which the sealing rings 15 are embedded. with respect to its axis of the ball Θ, opening the passages for the flow of the working medium, the flat end of the pin being loosely fitted in a guide groove cut in the ball.

Dla zapewnienia niezawodnej pracy kurka, przy zasilaniu czynnikiem z dowolnej strony, aby nastąpił wspomagający docisk elastycznego szczeliwa 11 do powierzchni kuli 8 musi być spełniona konstrukcyjna zależność poszczególnych jego elementów. W przypadku zasilania czynnikiem z jednej lub drugiej strony wzdłuż osi prostopadłej do osi trzpienia 17; zewnętrzna średnica D rurkowej tulei 5 musi być wówczas większa od wewnętrznej średnicy du poosiowego rowka 9, zaś przy zasilaniu w kierunku tego trzpienia i wzdłuż jego osi, wewnętrz na średnica d tej rurkowej tulei 5 musi być mniejsza od zewnętrznej średnicy 0u tego poosiowego rowka.In order to ensure reliable operation of the valve, with the medium being supplied from either side, in order for the flexible sealant 11 to be pressed against the surface of the ball 8, the structural dependence of its individual elements must be met. In the case of refrigerant supply from one side or the other along an axis perpendicular to the axis of pin 17; the outer diameter D of the tubular sleeve 5 must then be greater than the inner diameter d d of the axial groove 9, and when fed towards this spindle and along its axis, the inner diameter d of the tubular sleeve 5 must be smaller than the outer diameter 0u of this axial groove.

Korzystnym jest także warunek aby wewnętrzne średnice otworów w uszczelniających tulejach 6 oraz średnice otworów przelotowych w korpusie zaworu 1 i w kuli 8 były sobie równe, jak też aby kula w połączeniu z trzpieniem miała pasowanie luźne wzdłuż ścięć płaskiej końcówki 19 tego trzpienia 17.It is also preferable that the internal diameters of the holes in the sealing sleeves 6 and the diameters of the through holes in the valve body 1 and in the ball 8 are equal to each other, and that the ball in conjunction with the spindle has a loose fit along the chamfers of the flat end 19 of the pin 17.

162 160162 160

Fig. 2Fig. 2

162 160162 160

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz Cena 10 000 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies Price PLN 10,000

Claims

Patent claims

Sealing of a three-way ball valve, containing a ball with holes placed in the body between its tubular screws and a spindle with a flat tip, characterized in that in the valve body (1) there is a groove (2) at the end of the thread, in which an elastic ring is mounted (3), sealing the cylindrical surface of the tubular screw (4), in which the intermediate tubular sleeve (5) and sealing sleeve (6) are seated centrally and the sealing sleeve (6) with a flange (7) having a deep flange on the side of the ball (8) in the inclined face a rectangular axial groove (9) with a radial groove (10) forming a cross or a capital T-shape in the transverse half-section, in which grooves a flexible sealant (11) is located, adjacent to the surface of this ball, and between the tubular sleeve (5) and the sealing sleeve (6) features an elastic ring (12) that rests its outer part against the face (13) of the screw (4) and the inner part against the step (14) formed in the flange of this sealing sleeve, the tubular sleeve (5) being provided with sealing rings (15) seated in rectangular grooves (16) outside and inside the sleeve, and moreover, the seal maintains the dependence that the outer diameter (D) of the tubular sleeve (5) is larger than the inner diameter (d _u ) of the axial groove (9), and the inner diameter (d) of the tubular sleeve (5) is smaller than the outer diameter (0) of the axial groove.

2. A seal according to claim The tube as claimed in claim 1, characterized in that the tubular sleeve (5) is slightly shorter than the length of the inner hole in the tubular screw (4) in which it is seated.

3. A seal according to claim 4. The spring-loaded ring as claimed in claim 1, characterized in that the spring ring (12) is flat in the relaxed state.

4. A seal according to claim The device of claim 1, characterized in that the wall of the tubular sleeve (5) with rectangular grooves (16) has the shape of a stylized letter S in the transverse half-section.

5. A seal according to claim 1 A device according to claim 1, characterized in that the cross section of the inner hole in the sealing sleeves (6) is equal to the cross section of the through holes in the ball (8) and the valve body (1).

6. A seal according to claim The ball (8) as claimed in claim 1, characterized in that the ball (8) in connection with the pin (17) along the cuts of the flat end (19) of the pin is loose fit.