DE2438579A1

DE2438579A1 - Sitz und dichtung fuer ein klappenventil

Info

Publication number: DE2438579A1
Application number: DE2438579A
Authority: DE
Inventors: Ruben G Alaniz; Allen F Rhodes
Original assignee: ACF Industries Inc
Current assignee: ACF Industries Inc
Priority date: 1973-10-23
Filing date: 1974-08-10
Publication date: 1975-04-30
Also published as: CA987199A; AU7154974A; JPS5073234A; US3857408A; GB1474789A; FR2248452B1; FR2248452A1; IT1012340B; JPS5245929B2

Description

PATENT AN WÄITI Df. -Ing. Honke Dipl.-Ing. Geethuyieo _ , Dt. Muck Essen, den 9. August I974 Et.en. The.terpUts 3 ■ (44 4/)

ACF Industries, Incorporated in New York (USA)

Sitz und Dichtung für ein Klappenventil

Klappenventile werden bekanntlich abgefedert, um Rattern oder Stöße, die beim Zuschlagen des Ventils entstehen und zu Verformungen oder Bruch des Ventils führen können, auf ein Minimum herabzusetzen. In dem US-Patent Nr. 2 578 590 ist z.B. ein hydraulisch abgefedertes Ventil beschrieben, das gegen beim Schließen entstehende Stöße hydraulisch abgefedert ist. Jedoch ist dort keine' wirksame DichtTing des Ventilsitzes vorgesehen, und in der Schließstellung kann Flüssigkeit, besonders bei hohem Druck, leicht hinter das Verschlußteil hindurchtreten, zumal am Sitz nur ein Kontakt zwischen Metall und Metall vorgesehen ist.

In dem US-Patent Nr. 3 191 619 ist ein Klappenventil dargestellt, in welchem eine gewellte Feder hinter einem bewegbaren Sitzring vorgesehen ist, die das Verschlußteil bei Berührung mit demSitzring abfedert. Ein rings um den Umfang des Sitzringes angeordnetes ringförmiges Dichtglied bewegt sich bei Berührung mit dem Verschlußteil zusammen mit dem Sitzring und bewirkt jederzeit eine Abdichtung. Falls sich aber aus dem durchströmenden Fluidum Fremdkörper, z.B. Sandkörner oder dgl., in der Kammer für die gewellte Feder ansammeln, würde ihre Entfernung schwierig sein, da ein Durchspülen der Kammer mit dem Medium nicht vorgesehen ist,

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zumal das Dichtglied ständig abdichtet.

Nach dem Stande der Technik ist keine Klappenventil-Konstruktion mit hydraulisch abgefedertem Sitzkörper bekannt, bei welcher eine die Federung bewirkende Strömungskammer so angeordnet ist, daß sie, so lange kein Kontakt zwischen Verschlußteil und Sitzkörper stattfindet, ständig von dem Fluidum durchströmt ist und bei welcher ein Dichtglied für den Sitzkörper erst nach einer Bewegung des letzteren infolge Berührung mit dem Verschlußteil wirksam wird.

Das erfindungsgemäße Klappenventil ist besonders für den Einbau in Fernrohrleitungen bestimmt. In derartige Leitungen müssen Durchputzvorrichtungen einführbar sein, die zum Reinigen durch die Rohre hindurchgezogen werden. Daher müssen Rückschlagventile in Fernrohrleitungen normalerweise voll öffnende Ventile sein, so daß das Verschlußteil den Durchflußweg freigibt und die Ventilsitzanordnung eine lichte Weite hat, die sich axial mit dem Umfang des Strömungskanals deckt, so daß die volle Bohrungsweite frei bleibt.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sitz und eine Dichtung für ein Rückschlag-Klappenventil mit einem beweglichen Sitzring, der durch Abfluß durchströmenden Fluidums aus einer Strömungskammer bei einer Berührung zwischen Klappe und Sitzring strömungstechnisch abgefedert ist, wodurch Rattern oder Stöße, die beim Zuschlagen des Verschlußteils entstehen können, auf ein Minimum herabgesetzt werden. Der Sitzring weist eine größere und eine mittlere zylindrische Umfangsflache, auf, welche von je einer komplementären grösseren und mittleren Gegenfläche aufgenommen werden, die durch einen abgestuften Endabschnitt der Rohrleitung gebildet sind und in welchen der Sitzring bewegbar angeordnet ist. Zwischen den komplementären Flächen ist ein geeignetes Spiel vorgesehen, das ein begrenztes Hindurchfließen ermöglicht. Die komplementären mittleren und größeren zylindrischen Flächen am Sitzring und an der Leitung hängen je durch eine kreisringförmige Schulterfläche zusammen, wobei zwischen den beiderseitigen, einander gegenüberliegenden Schulterflächen ein

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Abstand liegt, da-eine Pufferkammer bildet, die die Bewegung des Sitzringes in Richtung auf die Schließstellung abfedert, wenn das Verschlußteil mit dem Sitzring in Berührung kommt. Wenn sich der Sitzring in einer Offenstellung befindet und mit dem Verschlußteil nicht in Berührung steht, dann durchströmt das von der Leitung geführte Fluidum den Zwischenraum zwischen den beiden mittleren komplementären Flächen^darauf. die Pufferkammer, anschließend den Zwischenraum zwischen den beiden äußeren komplementären Flächen und zuletzt gelangt es wieder in den eigentlichen Strömungsweg. Auf diese Weise ist ein Spülvorgang oder eine ständige Flüssigkeitsbewegung durch die Kammer vorgesehen, um aus dieser Fremdkörper wie Sand oder Rohrabschürfungen zu beseitigen.

Die kreisringförmige Schulterfläche des Sitzringes ist mit einer Ringnut versehen. In diese ist ein Dichtring eingelegt, der sich mit einer freien Lippe in die Strömungskammer erstreckt. Diese freie Lippe berührt eine gegenüberliegende Schulterfläche der Rohrleitung, wenn sich nämlich nach der Berührung zwischen Verschlußteil und Sitzring der letztere noch um einen vorbestimmten Betrag bewegt hat, so daß bei Schließstellung des Verschlußgliedes eine effektive Abdichtung zwischen Sitzring und Rohrleitung bewirkt wird. Der Dichtring ist erst nach Berührung des Sitzringes durch das Verschlußteil und einer Bewegung des Sitzringes in ""ichtung auf die Schließstellung wirksam. Die freie Lippe ist der Strömung von der Seite des höheren Druckes her ausgesetzt, und der Dichtungsdruck ist proportional dem Leitungsdruck.

In der Zeichnung ist eine von mehreren möglichen Verkörperungen der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen: Fig.l eine Gesamtansicht, zum Teil im Schnitt, eines Rückschlagventils mit der darin verwerteten Erfindung, Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig.l mit dem Sitz und der Dichtung des Klappenventils, Fig.3 denselben Ausschnitt wie Fig. 2, jedoch in einer Stellung, in der sich der Dichtring in dichtender Verbindung an das Ventilgehäuse anlehnt, und

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Pig.4 ebenfalls den gleichen Ausschnitt, hier bei Schließstellung des Ventils.

Das erfindungsgemäße Klappenventil ist zusanimenfasend mit 10 bezeichnet (Fig.l). Sein Gehäuse 12 weist Rohrstutzen auf, welche einen Haupt-Durchgangskanal 16 bilden. Das Gehäuse enthält eine Klappenkammer 18, welche zur Aufnahme der zusammenfassend mit 20 bezeichneten Ventilklappe geeignet ist. Die Ventilklappe sitzt mit einem Kugelgelenk 24 an einem Tragarm 22. Dieser ist bei 26 schwenkbar gelagert und kann, wenn gewünscht, durch einen (nicht gezeigten) Antrieb zum Öffnen und Schließen des Ventils bewegt werden. Die schüsseiförmige Ventilklappe 20 weist eine konvexe Außenfläche 28 und eine konkave Innenfläche 30 auf. Inmitten der konkaven Fläche 30 ist ein Ansatz 32 befestigt, der das Kugelgelenk 24 trägt. Bezüglich weiterer Einzelheiten der Ventilklappe wird auf das Patent Nr. (Anmeldung P 24 34 520.8) verwiesen.

Das anschließende Rohrende 34 der Leitung 14 verengt sich stufenförmig von einer größeren Innen-Umfangsflache 36, die eine Ringnut 38 aufweist, über eine mittlere Umfangsfläche 40 bis zu einer kleinsten inneren Umfangsfläche 42, welche den Durchflußquerschnitt 16 begrenzt. Zwischen den Flächen 36 und 40 ist der Übergang durch eine kreisringförmige Schulterfläche 44 gebildet, und zwischen den Flächen 40 und 42 durch eine Kegelfläche 46.

Das Rohrende 34 kann mit dem Ventilgehäuse 12 untrennbar, z.B. einstückig verbunden sein. Dann können die Flächen 36, 44 und 40 als Flächen am Gehäuse aufgefaßt werden.

Ein zusammenfassend mit 48 bezeichneter Sitzring paßt in die abgestufte Endöffnung 34 der Leitung. Er weist eine größere Außen-Umfangsfläche 50 und eine mittlere Umfangsfläche 52 auf, welche zu den Flächen 36 bzw. 40 am Rohrende komplementär sind. Die Innenfläche 54 des Sitzringes ist auf die lichte Weite 42 der Rohrleitung 14 ausgerichtet und stellt deren Fortsetzung dar. Eine den Übergang zwischen den Umfangsflächen 50 und 52 bildende Schulterfläche 56 stellt eine Gegenfläche zu der kreisringförmigen Schul-

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terflächen M am Rohrende dar. Zwischen diesen beiden Flächen ist eine Pufferkammer 58 gebildet. Der Sitzring 48 schließt mit einer Endfläche 60 ab. Zwischen dieser und der Kegelfläche 46 des Rohrendes J>h bleibt ein Abstand.

Rings um den Umfang des Sitzringes 48 sind Bohrungen 62 verteilt. Sicherungsschrauben 64, die in die Nut 38 hineinragen, dienen zur Sicherung des Sitzringes. Rings auf der Schulter 56 sind Bohrungen 66 verteilt, in welchen Schraubenfedern 68 untergebracht sind. Diese tragen dazu bei, den Sitzring 48, solange er nicht mit dem Verschlußteil 20 in Berührung steht, in Offenlagen zu halten. Beispielsmäßig sei angegeben, daß ein Sitzring von etwa 1200 mm Durchmesser (48 in) 12 Bohrungen 62 am Umfang 50 und 8 Bohrungen 66 an der Schulterfläche 56 haben kann. Diese Zahlen hängen stark vom Durchmesser des Ringes ab.

In der Schulterfläche 56 ist auch eine ringförmige Nut vorgesehen. Ein Dichtring, der zusammenfassend mit 72 bezeichnet ist, besteht aus einem Einlegering 74, der in die Nut fest eingelegt ist, und einer von dieser abstehenden biegsamen Lippe 76. Zwischen dem Einlegering und seiner Lippe ist ein freier Raum 78 vorgesehen, und die Lippe 76 ist schmäler als der Ring 74, so daß sie sich leicht in den freien Raum 78 einlegt, wenn der Sitzring 48 in Schließlage ist. Die Lippe 76 kann z.B. vorzugsweise 6 l/2 mm (l/4") über die Schulterfläche 56 vorstehen, wenn zwischen letzterer und der Gegenfläche 44 ein Abstand von 13 mm (l/2") liegt. Bei einer derartigen Anordnung beträgt der gesamte Verschubweg des Sitzringes 13 mm, und nach 6 l/2 mm Anfangsweg beginnt die Lippe die Gegenfläche 44 zu berühren.

Der Sitzring 48 weist eine Rückseite 84 auf, die senkrecht zur Durchflußrichtung 16 steht und in welche eine Nut 80 eingearbeitet ist. In diese ist eine Stirnflächendichtung 82 eingelegt, an welche sich das Verschlußteil 20 anlegen kann, so daß ein dichtender Kontakt zwischen dem letzteren und dem Dichtring entsteht. Die Dichtung 82 kann z.B. aus Polyfluoräthylen gefertigt sein. Zwischen den größeren Umfangsflachen 36 und 50 am Rohrende bzw. am Dichtring J und ebenso zwischen den mittleren Flächen 40 und 52 ist ein Spiel vorgesehen, um einen hinreichenden Durchfluß-

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querschnitt für das Leitungsfluidum freizulassen. Diese Ringkanäle, die Ein- und Auslaß für die Pufferkammer 58 bilden, variieren je nach dem Durchmesser des Sitzringes. Wenn z.B. der Ring rund 1200 min Durchmesser aufweist (48 in), wird als optimales Spiel zwischen den beiderseitigen Umfangsflachen vorzugsweise ein Maß von etwa 0,5 mm vorgesehen. Innerhalb der Grenzen zwischen 0,25 mm und 1,3 mm (0,01 bzw. 0,05 in) ergibt sich eine einwandfreie Funktion_T Wenn der Sitzring in einer Offenstellung und ohne Berührung mit dem Verschlußteil ist, dann tritt Leitungsfluidura zwischen den mittleren Umfangsflachen 40/52 in die Kammer ein und von dort zwischen den größeren Umfangsflächen 36/50 wieder aus. Auf diese Weise ist bei Öffnungsstellung des Verschlußteils ein ständiger Durchfluß von Leitungsfluidura durch die Kammer 58 vorgesehen, was eine Spülwirkung, die Fremdkörper aus der Kammer 58 entfernt, zur Folge hat.

Im Betrieb berührt das Verschlußteil 20 bei Berührung des Sitzringes 48 zuerst die Stirnflächendichtung 82, so daß dort eine dichtende Verbindung entsteht. Das ■ Gewicht oder die Stoßwirkung des Verschlußteiles 20 drückt auf den Sitzring 48 in Richtung auf die Schließstellung, und diese Bewegung drückt auf die Flüssigkeit in der Kammer 58 und zwingt sie, aus der Kammer durch die Ringkanäle 36/50 und 40/52 zu entweichen. Nachdem der Sitzring ungefähr die Hälfte seines Weges zurückgelegt hat, gerät die freie Lippe des Dichtringes 72 in Kontakt mit der Schulterfläche 44, wodurch eine Abdichtung zwischen dem Dichtring und der Rohrleitung 14 entsteht. Die Lippe 76 ist dem hohen Flüssigkeitsdruck im Strömungsweg ausgesetzt und wird durch diesen Druck zu dichtem Anliegen an die Schulterfläche angedrückt, wodurch eine lvirksame Abdichtung entsteht. Der freie Raum 78, der dem hohen Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist, wird durch die Lippe 76 ausgefüllt, wenn der Sitzring seinen Weg zur Gänze zurückgelegt hat und die beiden Schulterflächen 44 und 56 dicht beieinander liegen.

Wenn sich das Verschlußteil 20 wieder von der Berührung mit dem Sitzring 48 löst, bringen die Schraubenfedern 68

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zusammen mit dem Pluidum aus dem Strömungsweg den Sitzring wieder in seine Ausgangestelung, bei welcher die Sicherungsschrauben 64 an einem Rand der Ringnut 38 anliegen. Die Federn 68 sind verhältnismäßig schwach und tragen nicht wesentlich zur Abfederung des Sitzringes 48 beim Auftreten des Verschlußteiles 20 bei, sondern sie sind in erster
Linie dazu bestimmt, den Sitzring in seine Offenstellung (Fig.2) zurückzudrücken. Fig.4 zeigt den Sitzring 48 in seiner Schließstellung, bei welcher die beiden Schulterflächen 44 und 56 eng beieinander liegen. Der Dichtring 72 bewirkt die Abdichtung zwischen dem Sitzring 48 und
der Leitung 14 auch bereits, wenn der Sitzring etwa die Hälfte seines Weges zurückgelegt hat.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

1. Ventilanordnung mit einem das Ventilgehäuse durchsetzenden Durchgangskanal, gekennzeichnet durch einen Leitungsrohranschluß (14) mit abgestufter Bohrung (36/40/42), einen in diese passenden Sitzring (48), der axial zum Haupt-Durchgangskanal (16) zwischen zwei Grenzstellungen bewegbar ist, ferner durch ein als Klappe ausgebildetes Verschlußteil (20), das im Inneren des Gehäuses (12) verschwenkbar ist und das in Schließstellung an den Sitzring anlegbar ist, durch eine zwischen zwei einander gegenüberliegenden Schulterflächen (44, 56) am Rohranschluß (14) und am Sitzring (48) gebildete Pufferkammer (58),durch einen ersten Strömungskanal (36/50)', welcher an einem Ende des Sitzringes einen begrenzten Durchfluß zwischen der Pufferkammer (58) und dem Haupt-Durchgangskanal (l6) erlaubt und einen zweiten Strömungskanal (40/52), der am entgegengesetzten Ende des Sitzrings einen begrenzten Durchfluß zwischen Pufferkammer und Durchgangskanal erlaubt, ferner durch einen an der Schulterfläche (56) des Dichtringes angeordneten und sich in die Pufferkammer ; erstreckenden Dichtring (72), der bei einer Offenstellung des Verschlußteils Abstand hält von der gegenüberliegenden Schulterfläche (44) am Rohranschluß (14) und dadurch einen Zufluß von Leitungsfluidum durch die Strömungskanäle (40/52, 36/50) zur Kammer (58) ermöglicht, wogegen bei Bewegung des Sitzringes in Richtung auf die Schließstellung der Dichtring (72) mit der gegenüberliegenden Schulterfläche (44) in Berührung tritt und eine sichere Abdichtung zwischen Sitzring und Ventilgehäuse bewirkt, wodurch ein Durchfluß von Leitungsfluidum durch die Kammer unterbunden wird und das Pluidum aus der Kammer durch die beiden Strömungskanäle (40/52, 36/50) entweichen muß, was abfedernd auf die Be-

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wegung des Sitzringes wirkt.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzring (48) eine erste, größere, zylindrische Außenfläche (50) und der Rohranschluß (14) eine erste, größere, zylindrische Innenfläche (36) aufweisen, zwischen welchen Flächen ein Spiel vorgesehen ist, das den ersten Strömungskanal (36/50) bildet.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1,.dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzring (48) eine zweite, mittlere, zylindrische Außenfläche (52) und der Rohranschluß (14) eine zweite, mittlere, zylindrische Innenfläche (40) aufweisen, zwischen welchen Flächen ein Spiel vorgesehen ist, das den zweiten Strömungskanal (40/52) bildet.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulterfläche (56) am Sitzring (48) eine ringförmige Nut (70) aufweist, in welche der Einlegering (74) des Dichtringes (72) eingelegt ist, dessen freie Lippe (76) sich von dein Einlegering weg in die Pufferkammer (58) hinein und der gegenüberliegenden Schulterfläche (44) des Rohranschlusses (14) entgegen erstreckt,. und daß die Lippe erst nach einer Bewegung des Sitzringes (48) in Richtung auf die Schließstellung mit der gegenüberliegenden Schulterfläche (44) in Berührung kommt.

5. Ventilanordnung mit einem das Ventilgehäuse durchsetzenden Durchgangskanal, einem rings um diesen angeordneten Ventilsitz und einer Ventilklappe, die im Inneren des Gehäuses schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappe in Schließstellung an den Sitzring (48) anlegbar ist, daß ferner der Sitzring eine äußere Umfangsfläche aufweist, die an dem Verschlußteil anliegt, und eine mittlere Unjfangsf lache, die entfernt von dem Verschlußteil angeordnet ist, daß am Gehäuse eine äußere und eine mittlere Umfangsfläche vorgesehen ist, die zu den Umfangsflachen des Sitzringes komplementär sind, wobei zwischen den komplementären Flächen ein vorbestimmtes Spiel vorgesehen ist, daß ferner die äußere und mittlere Umfangsfläche des Sitzringes und ebenso die äußere und mittlere

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Umfangsflache am Gehäuse je durch eine Schulterfläche verbunden sind, wobei die beiderseitigen Schulterflächen einen Abstand voneinander aufweisen und zwischen sich eine ringförmige Pufferkammer bilden, daß die Schulterflache des Sitzringes mit einer ringförmigen Nut versehen ist, in welche ein Dichtring eingelegt ist, der bei einer Offenstellung des Sitzringes von der Schulterfläche am Gehäuse entfernt ist, diese jedoch berührt, wenn sich der Sitzring seiner Schließstellung nähert.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (72) aus einem in die ringförmige Nut (70) an der Schulterfläche (56) des Sitzringes (48) eingelegten Einlegering (7*0 und einer sich von diesem weg in die Pufferkammer (58) und der gegenüberliegenden Schulterfläche entgegen erstreckenden Lippe (76) besteht, und daß die Lippe die Schulterflache erst nach einer Bewegung des Sitzringes in Richtung auf seine Schließstellung berührt,

7. Ventilanordnung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (76) schmäler ist als der Einlegering {lh), und daß zwischen diesen beiden Teilen bei Offenstellung des Sitzringes (48) ein freier Raum (78) gebildet ist, in welchen sich bei Schließstellung des Sitzringes die Lippe einlegt.

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