DE1283051B

DE1283051B - Valve seal

Info

Publication number: DE1283051B
Application number: DET25643A
Authority: DE
Inventors: Victor John Adams Jr
Original assignee: Thiokol Corp
Current assignee: ATK Launch Systems LLC
Priority date: 1963-02-20
Filing date: 1964-02-19
Publication date: 1968-11-14

Description

Ventildichtung Die Erfindung betrifft die Abdichtung von Ventilen, insbesondere solchen, die bewegliche Küken in Form von Kugeln aufweisen, wobei der unmittelbar herrschende Fließmitteldruck die Dichtwirkung der Abdichtungen wirksam unterstützt.Valve seal The invention relates to the sealing of valves, especially those that have movable chicks in the form of balls, the Immediately prevailing fluid pressure effectively enhances the sealing effect of the seals supports.

Ein Ventil mit Kugelküken, das zwischen zwei Abdichtungen eingebettet liegt, ist bekannt. Der Ventilkörper weist eine zylindrische Aufbohrung auf, in die die Abdichtungen sowie das Kugelküken eingepaßt sind. Die an das Kugelküken aufstrom- und abstromseitig angrenzenden Abdichtungen sind scheibenförmig ausgeführt und weisen eine der Durchflußöffnung des Kugelkükens entsprechend angeordnete Öffnung auf. Mittig innerhalb der Abdichtungen und von der Öffnung ausgehend verläuft konzentrisch zu dieser eine spaltförmige Ausnehmung, und die dem Kugelküken zugewandte Seite der Abdichtungen ist so ausgeführt, daß die Abdichtungen zwei sich gegenüberliegende Kalotten des Kugelkükens umschließen. Der bei geöffnetem Ventil sich allseitig und gleichmäßig verteilende Fließmitteldruck tritt in die spaltförmigen Ausnehmungen ein und preßt die einzelnen Querschnittsabschnitte der Abdichtungen gegen ihre Auflagerflächen, so auch gegen das Kugelküken.A valve with ball plug that is embedded between two seals is known. The valve body has a cylindrical bore in which the seals and the ball plug are fitted. The one on the ball plug Seals adjoining the upstream and downstream sides are disc-shaped and have an opening corresponding to the flow opening of the ball plug on. It runs concentrically in the center within the seals and starting from the opening to this a gap-shaped recess, and the side facing the ball plug the seals is designed so that the seals are two opposite one another Enclose the spherical plug of the ball plug. When the valve is open on all sides and evenly distributing fluid pressure enters the gap-shaped recesses and presses the individual cross-sectional sections of the seals against their bearing surfaces, so also against the ball plug.

Als Mangel wird bei dieser bekanntgewordenen Ausführungsform empfunden, daß durch die scheibenförmige Ausbildung der Abdichtungen große zylindrische Flächen verbleiben, auf die der sich im Hahngehäuse sowohl bei geschlossenem wie auch geöffnetem Ventil aufbauende Druck angreifen kann, wobei die entstehende Kraft der Kraft entgegenwirkt, die durch den Fließmitteldruck multipliziert mit der entsprechenden Fläche der scheibenförmigen Ausnehmung innerhalb der Abdichtung entsteht. Dadurch wird die wirksame Abdichtung herabgesetzt, was hinsichtlich der Abdichtung der das Küken bewegenden Welle von Nachteil ist. Bei geschlossenem Ventilküken ist die bekanntgewordene Ventilanordnung von besonderem Nachteil, weil der sich im Hahnkörper befindliche Druck bei der abstromseitigen Abdichtung keinen Widerstand findet, so daß die Abdichtung von dem Küken abgehoben und der Leckfluß in die abstromseitige Rohrleitung eintreten kann.A deficiency is felt in this embodiment that has become known, that due to the disk-shaped design of the seals large cylindrical surfaces remain, on which the tap housing is both closed and open Can attack the pressure building up the valve, whereby the resulting force counteracts the force, that by the fluid pressure multiplied by the corresponding area of the disk-shaped Recess arises within the seal. This creates the most effective seal reduced what in terms of the sealing of the shaft moving the chick of Disadvantage is. When the valve plug is closed, the valve arrangement is known of particular disadvantage, because the pressure in the valve body is on the downstream side There is no resistance to the seal, so that the seal is lifted off the plug and the leakage flow can enter the downstream pipeline.

Andere Vorschläge wurden gemacht, bei denen die Abdichtungen mechanische Hilfsmittel, wie Federn, Nocken, betätigte Verschlüsse u. dgl., aufwiesen, die von der Flüssigkeit oder dem Gas selbst betätigt werden. Solche Einrichtungen sind nachteilig, da sie einen hohen Teileaufwand erfordern, die Ventile auch zusätzlich schwierigen Bearbeitungsoperationen unterzogen werden müssen, so daß diese relativ teuer sind und nicht absolut störungsfrei arbeiten. Darüber hinaus sind diese Ausführungsformen relativ schwer, was besonders bei ihrer Verwendung bei Flugkörpern von Nachteil ist, da dadurch die Nutzlast vermindert wird.Other proposals have been made in which the seals are mechanical Aids such as springs, cams, actuated locks and the like the liquid or the gas itself. Such facilities are disadvantageous since they require a large number of parts, the valves also make it difficult Machining operations must be subjected, so that these are relatively expensive and not work absolutely free of disturbances. In addition, these are embodiments relatively heavy, which is particularly disadvantageous when they are used in missiles because it reduces the payload.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, eine Ventildichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, durch die die erwähnten Nachteile vermieden sind, und bei der das Neue darin besteht, daß die Nut der im Auslaßkanal liegenden Dichtung sich in deren Außenfläche befindet und der Durchmesser des Nutbodens kleiner ist als der Durchmesser des Kreises, auf dem die Außenkante der Dichtfläche liegt.The present invention is a valve seal of the To create the type described at the outset, by which the disadvantages mentioned are avoided are, and in which the novelty is that the groove of the lying in the outlet channel Seal is located in the outer surface and the diameter of the groove bottom is smaller is than the diameter of the circle on which the outer edge of the sealing surface lies.

Durch die erfindungsgemäße Ventilabdichtung wird der Vorteil erzielt, daß der sich innerhalb des Hahngehäuses aufbauende Druck zur Abdichtung der abstromseitig angeordneten Abdichtung herangezogen wird, so daß bei geschlossenem Ventil kein Abheben der an dem Küken anliegenden Dichtfläche erfolgen kann. Auch bei geöffnetem Ventil wirkt der sich im Hahn- oder Ventilkörper aufbauende Druck auf die entsprechende Fläche der Nut ein, so daß dadurch ebenfalls die Anpreßkraft der Abdichtung an das Küken gesteigert wird. Die Abdichtung gemäß der Erfindung ist leicht herstellbar, wartungsfrei und ohne großen Aufwand in bereits existierende Ventile einbaubar. Die Ventile, die mit der erfindungsgemäßen Abstromabdichtung ausgerüstet sind, bedürfen bei steigenden Strömungsdrücken niedrigerer Schaltkräfte.The valve seal according to the invention has the advantage that that the pressure building up inside the tap housing to seal the downstream side arranged seal is used, so that when the valve is closed no Lifting off the sealing surface lying against the plug can take place. Even when it is open The pressure that builds up in the valve body acts on the corresponding valve Surface of the groove, so that the contact pressure of the seal on the Chick is boosted. The seal according to the invention is easy to produce, maintenance-free and can be installed in existing valves without great effort. The valves, which are equipped with the downstream seal according to the invention, require at increasing flow pressures lower switching forces.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung nachfolgend beschrieben.The invention is described below with reference to the drawing.

Die Figur ist ein Axialschnitt in der Hauptventilebene durch ein Ventil mit der Abdichtung nach der Erfindung in geschlossenem Zustand.The figure is an axial section in the main valve plane through a valve with the seal according to the invention in the closed state.

Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist hier ein Ventil 10 mit einem Ventilgehäuse 11, einem drehbaren Kugelküken 12 mit einer Bohrung 13 und einem Schaft 14 dargestellt, der an eine nicht dargestellte Dreheinrichtung zum Drehen des Kükens angeschlossen ist. Im Ventilgehäuse 11 befinden sich der Einlaßkana115 und der Auslaßkanal16, die bei Drehung des Kugelkükens 12 durch den Schaft 14 unter Öffnung des Ventils in Verbindung gebracht werden, so daß ein Fluß von der rechten Seite der Figur einsetzen kann. Die bei 15 eintretende Flüssigkeit bzw. das Gas fließt durch die Bohrung 13 und den Auslaßkana116 zu den abstromseitigen Teilen des Systems, bei dem die Erfindung angewandt wird.As an embodiment of the invention here is a valve 10 with a Valve housing 11, a rotatable ball plug 12 with a bore 13 and a shaft 14 shown, which is attached to a rotating device, not shown, for rotating the plug connected. In the valve housing 11 are the inlet channel 115 and the outlet channel 16, when the ball plug 12 rotates through the shaft 14, opening the valve can be connected so that a river will set in from the right side of the figure can. The liquid or gas entering at 15 flows through the bore 13 and the outlet ducts 116 to the downstream portions of the system in which the invention is applied.

In der in der Figur dargestellten geschlossenen Lage ist das Fließmittel am Einlaßkanal 15 daran gehindert, über die Dichtung 17 hinauszufließen, wo deren Kanten am Kugelküken 12 im Kontakt anliegen und dadurch eine Ringdichtung bilden. Bei offener Ventilstellung ist das Fließmittel auch daran gehindert, am Kugelküken 12 und am Schaft 14 entlang in den Raum 18 auszulecken, da das Kugelküken 12 immer an den Kanten der Dichtung 17 anliegt und sich gegen diese legt. In ähnlicher Weise liegt die abstromseitige Dichtung 19 mit ihren Kanten in Kontakt am Kugelküken 12 und bildet so eine Ringdichtung im Auslaßkanal 16 des Ventils 10. Wie nachstehend erläutert wird, liegen die Dichtungen 17 und 19, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung aufweisen, im Einlaßkanal15 bzw. Auslaßkanal 16 des Ventils und halten den Kontakt mit dem Kugelküken 12 über eine Ringfläche aufrecht, die einen größten Durchmesser aufweist, der durch das Bezugszeichen D1 wiedergegeben ist (s. Figur).The flow agent is in the closed position shown in the figure at the inlet channel 15 prevented from flowing beyond the seal 17 where their The edges of the ball plug 12 are in contact and thereby form a ring seal. When the valve is in the open position, the flow agent is also prevented from reaching the ball plug 12 and lick the shaft 14 along into the space 18, since the ball plug 12 always rests against the edges of the seal 17 and lies against it. In a similar way If the downstream side seal 19 is in contact with the ball plug 12 with its edges thus forming an annular seal in the outlet passage 16 of the valve 10. As below is explained, the seals 17 and 19, the different embodiments of the invention, in the inlet channel 15 or outlet channel 16 of the valve and hold the contact with the ball plug 12 upright over an annular surface, the largest Has diameter, which is represented by the reference character D1 (see figure).

Die Dichtungen 17 und 19 nach der Erfindung sind hier zwar auf ein Ventil mit kugelartigem Küken angewandt, aber es handelt sich hier natürlich nur um eine Erläuterung und nicht um eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsform. Die Dichtungen 17 und 19 bestehen aus Kunststoff, wie er gewöhnlich für Dichtungen verwendet wird und nach dem erforderlichen Elastizitätsgrad und der Verträglichkeit des Materials mit dem hindurchgeführten Gas oder der Flüssigkeit gewählt wird. Zu den brauchbaren Materialien für diesen Zweck gehören die Tetrafuorkohlenstoffe. Weichere Metalle, wie Aluminium, Magnesium, Kupfer, Zink usw., sind bei anderen Anwendungsfällen geeignet. In den meisten Fällen ergeben jedoch Kunststoffe bessere Abdichtungen.The seals 17 and 19 according to the invention are here on a Valve with a spherical plug used, but of course this is only a question here in order to explain and not to limit the invention to this embodiment. The seals 17 and 19 are made of plastic, as is usually used for seals is used and according to the required degree of elasticity and compatibility of the material with the gas or liquid passed through is selected. to useful materials for this purpose include the tetrafluorocarbons. Softer metals, like aluminum, magnesium, copper, zinc, etc., are with others Use cases suitable. In most cases, however, plastics make better ones Waterproofing.

Bei der dargestellten Ausführungsform haben die Dichtungen 17 und 19 im allgemeinen zylindrische Gestalt. Sie sind hohl, und ihre Wände liegen eng im Einlaßkanal15 und Auslaßkanal16 an. Nach ihrer Einsetzung werden sie durch Nippel 20 und 21 ortsfest gehalten, die in das Ventilgehäuse 11 eingeschraubt sind. Wie F i g.1 zeigt, enthält die Dichtung 17 auf der Innenseite eine Ringnut oder einen Schlitz 22, deren Wände 22a und deren Boden 22b auf eine solche Tiefe geschnitten oder gebildet sind, daß der Durchmesser D1 kleiner ist als der Durchmesser D2 der Nut. Wie später erläutert wird, ist es für den Betrieb der dargestellten Ausführungsform wichtig, daß die durch die Kreise gebildete Ringfläche die Durchmesser D1 und D2 hat. Die abstromseitige Dichtung 19 ist mit einer Nut 24 am äußeren Umfang mit Seitenflächen 24a und einem Nutboden 24b versehen.In the illustrated embodiment, the seals 17 and 19 generally cylindrical in shape. They are hollow and their walls are narrow in inlet channel 15 and outlet channel 16. After their insertion, they become through nipples 20 and 21 held in place, which are screwed into the valve housing 11. As F i g.1 shows, the seal 17 contains an annular groove or one on the inside Slot 22, its walls 22a and its bottom 22b cut to such a depth or are formed so that the diameter D1 is smaller than the diameter D2 of the Groove. As will be explained later, it is for the operation of the illustrated embodiment It is important that the ring surface formed by the circles has the diameter D1 and D2 Has. The downstream seal 19 is provided with a groove 24 on the outer periphery with side surfaces 24a and a groove base 24b.

Die Nut 24 der Auslaßdichtung mit ihren Seitenflächen 24 a und ihrem Nutboden 24 b ist der Nut 22 in der Einlaßdichtung im wesentlichen ähnlich, aber sie liegt an der Außenseite der Dichtung 19 und ist auf eine solche Tiefe eingeschnitten, daß der Durchmesser D3 des Nutbodens 24 b kleiner ist als D1.The groove 24 of the outlet seal with its side surfaces 24 a and her Groove bottom 24 b is essentially similar to the groove 22 in the inlet seal, but it lies on the outside of the seal 19 and is cut to such a depth that that the diameter D3 of the groove bottom 24 b is smaller than D1.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung sind Umfangsnuten 22 und 24 in den Dichtungen 17 und 19 ausgebildet. Das Fließmittel im Einlaßkanal15 hat einen Druck P und wirkt auf alle Oberflächen. In der Figur ist das Ventil 10 in geschlossener Lage dargestellt, und ein Abwärtsfließen ist durch die Dichtung verhindert, die zwischen den Kanten der Dichtung 17 und dem Kugelküken 12 hervorgerufen wird. Das Fließmittel tritt auch in die Nut 22 ein, und ihr Druck wirkt gegen deren Wände 22a. Da jedoch die Nut 22 mit einer solchen Tiefe ausgebildet ist, daß ihre Bodenfläche 22b auf einem Durchmesser D2 liegt, der größer ist als der Durchmesser D1 der Dichtung 17, ist eine Ringfläche, die durch die Kreise von den Durchmessern D2 und D1 bestimmt wird, dem Druck P ausgesetzt. Aus F i g. 1 ist nun ersichtlich, daß dadurch eine Verstärkung der Abdichtungskraft auf das Küken durch die Kanten der Dichtung 17 erzeugt wird. Infolgedessen wird gemäß der Erfindung eine Druckerhöhung erzielt, die größenordnungsmäßig gleich dem Druck P multipliziert mit der durch die Durchmesserdifferenz D2-Di bestimmten Ringfläche ist; hierdurch wird die Verbesserung der Abdichtung am Kugelküken 12 unter allen positiven Druckbedingungen beträchtlich unterstützt.In practicing the invention, there are circumferential grooves 22 and 24 formed in the seals 17 and 19. The fluid in the inlet channel 15 has a pressure P and acts on all surfaces. In the figure, the valve is 10 shown in the closed position and downward flow is through the seal prevented that caused between the edges of the seal 17 and the ball plug 12 will. The flux also enters the groove 22 and its pressure acts against it Walls 22a. However, since the groove 22 is formed with such a depth that their Bottom surface 22b lies on a diameter D2 which is greater than the diameter D1 of the seal 17, is an annular surface, which is defined by the circles of the diameters D2 and D1 is determined, exposed to the pressure P. From Fig. 1 can now be seen that thereby an increase in the sealing force on the chick through the edges the seal 17 is generated. As a result, according to the invention, there is an increase in pressure achieved, which is of the order of magnitude equal to the pressure P multiplied by the the diameter difference D2-Di is the determined ring area; this will improve the seal on the ball plug 12 under all positive pressure conditions is considerable supports.

Mit anderen Worten ausgedrückt, wirkt nach der Figur ein Druck P von der rechten Seite der Figur in allen Richtungen auf alle Innenteile des Einlaßkanals 15 einschließlich der Dichtung 17. Da eine vergrößerte Druckaufnahmefläche durch die Differenz zwischen den Durchmessern Dund D1 vorgesehen ist, wird der Dichtung 1'7 eine-Belastung auferlegt, die gleich dem Druck P mal der Ringfläche ist, die durch die Kreise von den Durchmessern D2 und D1 definiert ist, und dieser Druck unterstützt die Verhinderung eines Leckens hinter der Dichtungsfläche zwischen Kugelküken 12 und der Vorderkante der Dichtung 17.In other words, according to the figure, a pressure P of acts the right side of the figure in all directions on all internal parts of the inlet duct 15 including the seal 17. As an enlarged pressure-receiving area through the difference provided between the diameters D and D1 becomes the seal 1'7 imposes a load equal to the pressure P times the annular area that is defined by the circles of diameters D2 and D1, and this pressure helps prevent leakage behind the sealing surface between ball plugs 12 and the leading edge of the seal 17.

In ähnlicher Weise wird auf der Abstromseite des Ventils 10 innerhalb des Auslaßkanals 16 und der Dichtung 19 ein entsprechender Zusatzdruck erzielt. Druck von dem in die Nut 24 der Dichtung 19 durch Lecken zwischen Dichtung 19 und Ventilgehäuse 11 eintretendem Fließmittel wirkt gegen eine Ringfläche, die durch die Durchmesserdifferenz Di-D,, bestimmt ist, wobei D3 der innere oder Bodendurchmesser der Nut ist. Bei Wirkung auf diese Differenzfläche wird eine Hilfskraft an der Berührungsstelle zwischen Kugelküken 12 und Dichtung 19 erzeugt, wodurch Auslecken oder Durchgang von Fließmittel weiter verhindert wird.Similarly, on the downstream side of the valve 10 is within the outlet channel 16 and the seal 19 achieved a corresponding additional pressure. Pressure from that in the groove 24 of the seal 19 by leakage between seal 19 and Valve housing 11 entering fluid acts against an annular surface, which through the diameter difference Di-D ,, is determined, where D3 is the inner or bottom diameter the groove is. When acting on this difference area, an auxiliary force is at the point of contact generated between ball plug 12 and seal 19, causing leakage or passage is further prevented by superplasticizers.

Um ein. Auslecken über die Dichtung 19 hinaus zu verhindern, ist der Nippel 21 in das Ventilgehäuse 11 eingeschraubt, der das in der Figur auf der linken Seite ersichtliche Ende der Dichtung 19 in dichtem Kontakt gegen den Auslaßkanal 16 hält. In ähnlicher Weise wird im Einlaßkanal 15 das rechte Ende der Dichtung 17 durch den Nippel 20, der in das Ventilgehäuse 11 eingeschraubt ist, in Abdichtungsbeziehung gehalten. Wenn also Fließmittel in die Nut 24 eintritt, wird eine Verstärkung der Abdichtungskraft durch die Wirkung des Fließmitteldruckes auf die zwischen den Kreisen mit den Durchmessern Dl und D3 gebildete Ringfläche hervorgerufen, und diese Kraft ist gleich dem Druck P multipliziert mit der eben erwähnten Ringfläche.To a. To prevent leakage beyond the seal 19, the nipple 21 is screwed into the valve housing 11, which holds the end of the seal 19 visible in the figure on the left-hand side in tight contact with the outlet channel 16. Similarly, in the inlet channel 15, the right end of the seal 17 is held in sealing relation by the nipple 20 which is screwed into the valve housing 11. Thus, when the fluid enters the groove 24, the sealing force is increased by the action of the fluid pressure on the annular area formed between the circles with the diameters D1 and D3, and this force is equal to the pressure P multiplied by the aforementioned annular area.

Bei der Ventildichtungsanordnung der Figur ergibt sich noch ein anderer Vorteil der Erfindung, der mit einem sonst nicht erzielbaren Sicherheitsmerkmal zu tun hat. Beim gewöhnlichen Betrieb von Stöpselventilen der beschriebenen Art kann etwas Fließmittel in den Raum 18 auslecken, und eine nicht dargestellte Dichtung auf dem Schaft 14 wird üblicherweise verwendet, um den Raum 18 gegen die Außenseite des Ventils zu isolieren. Falls die aufstromseitige Dichtung 17 infolge dort vorhandenen Schmutzes oder Fremdstoffes ausfällt, wird eine zwangsschlüssige Dichtungswirkung des Ventils in abgeschaltetem Zustand durch die abstromseitige Dichtung 19 mit ihrer Nut 24 sichergestellt. Es wird daher ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor erhalten, ohne daß man zusätzliches Gewicht, Komplizierung der Einrichtung oder Zusatzteile in Kauf nehmen müßte.In the case of the valve seal arrangement of the figure, there is still another one Advantage of the invention with an otherwise unachievable security feature has to do. During normal operation of stopper valves of the type described can leak some fluid into the space 18, and a seal, not shown on the shaft 14 is usually used to keep the space 18 against the outside of the valve. If the upstream seal 17 is present there as a result If dirt or foreign matter falls out, there will be a positive sealing effect of the valve in the switched-off state through the downstream seal 19 with its Groove 24 ensured. An additional safety factor is therefore obtained, without adding weight, complicating the facility or adding additional parts would have to accept.

Bei der Erfindung handelt es sich um eine verbesserte Dichtung für Ventile im allgemeinen und für Kugelventile oder Ventile mit kugelförmigem Küken im besonderen, wobei in den Dichtungen 17 und 19 Umfangsnuten 22 bzw. 24 angebracht sind, die darin in besonderer Weise und mit einem besonderen Durchmesser in bezug auf den Durchmesser der Berührungskanten der Dichtungen ausgebildet sind. Durch diese Erfindung wird der Druck des durch das Ventil gehenden Fließmittels in einfacher Weise ausgenutzt, um die Abdichtung des Ventils zu unterstützen. Außerdem wird bei offenem Ventil auch die Verhinderung des Ausleckens in dem Raum 18 zwischen dem Schaft 14 und dem Ventilgehäuse 11 verhindert, da der Druck noch weiterhin in der Nut 22 wirkt.The invention is an improved seal for valves in general and for ball valves or valves with a spherical plug in particular, with circumferential grooves 22 and 24 being made in the seals 17 and 19 , which are arranged therein in a particular manner and with a particular diameter with respect to the diameter of the contact edges of the seals are formed. By means of this invention, the pressure of the fluid passing through the valve is used in a simple manner to assist in the sealing of the valve. In addition, when the valve is open, the prevention of leakage in the space 18 between the shaft 14 and the valve housing 11 is prevented, since the pressure continues to act in the groove 22 .

Claims

Claim: Valve, consisting of a valve housing with an inlet and an outlet channel and a rotatable ball plug with a connecting bore and cylindrical seals in the inlet and outlet channels, the inner edges of which are shaped according to the shape of the plug and which seal against the plug with annular grooves exposed to the pressure medium two seals, the side surfaces of which have a larger area than the surfaces created by the inner edges of the cylindrical seals corresponding to the ball plug, characterized in that the groove (24) of the seal (19) located in the outlet channel (16) is located in their outer surface and the diameter (D3) of the groove bottom (24 b) is smaller than the diameter (D ) of the circle on which the outer edge of the sealing surface lies. Publications considered: German Auslegeschrift No. 1117 958.