DE2745139A1

DE2745139A1 - Slide valve high vacuum seal - has valve seat fitted in pipe section in which valve plate periphery is guided

Info

Publication number: DE2745139A1
Application number: DE19772745139
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Polhede; Reinhard Reiter
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1979-04-12

Abstract

High vacuum sealed closure is used pref. to large nominal widths with a valve seat, a braceable valve plate and a guide for the latter during its closure movement. The valve seat is fitted inside a pipe section, and in the outer area of the valve plate, guides are fitted to the outside of the pipe section. These guides are angle pieces, one end of which is fixed to the plate, and the other encompasses the pipe connections. For the valve plate, a stop parallel to its plane is provided, whilst the valve seat is formed by a cylindrical surface. The sealing surface are made of a very strong nickel alloy with a high limit of elasticity.

Description

LEYBOLD-HERAEUS GMBH & CO KG Köln-BayentalLEYBOLD-HERAEUS GMBH & CO KG Cologne-Bayental

Hochvakuumdichter VerschlußHigh vacuum tight closure

Die Erfindung betrifft einen hochvakuumdichten Verschluß für vorzugsweise große Nennweiten mit einem Ventilsitz, einem spreizbaren Ventilteller und Mitteln zur Führung des Ventiltellers während seiner Schließbewegung.The invention relates to a high-vacuum-tight closure for preferably large nominal sizes with a valve seat, a expandable valve disk and means for guiding the valve disk during its closing movement.

Für ausheizbare Hochvakuumsysteme, insbesondere zur Anwendung in kerntechnischen Anlagen, werden zunehmend Absperr-Armaturen mit metallischen Dichtstellen benötigt, da diese bei Temperaturen oberhalb 300 C ausheizbar sein müssen und ihre Strahlenbeständigkeit bedeutend besser ist als die von Elastomer-Dichtungen.Shut-off valves are increasingly being used for high-vacuum systems that can be baked out, in particular for use in nuclear systems with metallic sealing points, as these must be able to be baked out at temperatures above 300 C and their radiation resistance is significantly better than that of elastomer seals.

Um bei metallischen Dichtungen die gewünschte kleine LeckrateIn order to achieve the desired low leakage rate for metallic seals

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(besser als 10 mbar · 1 · s bei einer Nennweite bis 1000 mm) zu erzielen, ist es erforderlich, daß sich die Oberflächen der Dichtpartner durch plastische und/oder elastische Verformung derart einander anpassen, daß der verbleibende Restspalt in der Größenordnung der Oberflächen-Rauhigkeit liegt. Um das zu erreichen, sind hohe Anpreßkräfte und extrem saubere sowie von Schadstellen völlig freie Dichtflächen erforderlich. Es ist deshalb nachteilig für die Dichtflächen, wenn an ihnen in irgendeiner Form Reibungen auftreten.(better than 10 mbar 1 s with a nominal diameter of up to 1000 mm) To achieve, it is necessary that the surfaces of the sealing partners by plastic and / or elastic deformation adapt to each other in such a way that the remaining gap is in the order of magnitude of the surface roughness. To achieve that, high contact pressure and extremely clean sealing surfaces that are completely free of damaged areas are required. It is therefore disadvantageous for the sealing surfaces if there is any form of friction on them.

Aus der DT-OS 2 523 152 ist es bekannt, an der Außenkante des spreizbaren Ventiltellers drei Wülste vorzusehen, von denenFrom DT-OS 2 523 152 it is known to provide three beads on the outer edge of the expandable valve disk, of which

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die äußeren die Funktion von Schutzwülsten haben und der innere Wulst die eigentliche Dichtfläche bzw. -kante bildet. Der der zu verschließenden Öffnung zugewandte Schutzwulst dient außerdem der Führung des Tellers während seiner Schließbewegung. Während dieser Schließbewegung bewegt sich dieser Schutzwulst an der den Ventilsitz bildenden Dichtfläche vorbei, so daß nicht zu vermeiden ist, daß während der Schließbewegung Reibungen zwischen dem vorderen Schutzwulst und der Dichtfläche auftreten. Dadurch entstehen am Ventilsitz unerwünschte Riefen, die zu wesentlich erhöhten Leckraten führen können. Gerade bei besonders großen Dichtsystemen, die in kerntechnischen Anlagen eingebaut sind, führen schadhafte Dichtflächen zu langen und kostspieligen Betriebsunterbrechungen. Weiterhin ist nicht ausgeschlossen, daß auch zwischen den eigentlichen Dichtflächen Reibungen aufteten, bevor der Ventilteller seine Schließlage eingenommen hat.the outer ones have the function of protective beads and the inner bead forms the actual sealing surface or edge. The protective bead facing the opening to be closed also serves to guide the plate during its closing movement. During this closing movement, this protective bead moves past the sealing surface forming the valve seat, so that it does not close What is to be avoided is that friction occurs between the front protective bead and the sealing surface during the closing movement. This creates undesirable grooves on the valve seat, which can lead to significantly increased leakage rates. Especially with special Large sealing systems that are installed in nuclear facilities lead to damaged sealing surfaces that are long and costly Business interruptions. Furthermore, it cannot be ruled out that friction also occurred between the actual sealing surfaces, before the valve disc has assumed its closed position.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochvakuumdichten Verschluß für vorzugsweise große Nennweiten mit einem Ventilsitz, einem spreizbaren Ventilteller und Mitteln zur Führung des Ventiltellers während seiner Schließbewegung zu schaffen, bei dem mit Sicherheit vermieden ist, daß während der Schließbewegung unerwünschte Reibungen an den Dichtflächen auftreten.The present invention is based on the object of providing a high-vacuum-tight closure for preferably large nominal sizes with a valve seat, an expandable valve disk and means for guiding the valve disk during its closing movement to create, in which it is avoided with certainty that undesirable friction on the during the closing movement Sealing surfaces occur.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ventilsitz innerhalb eines Rohrabschnittes angeordnet ist und daß am äußeren Bereich des Ventiltellers der Außenseite des Rohrabschnittes zugeordnete Führungen befestigt sind. Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Verschluß sind die Mittel zur Führung des Ventiltellers außen angeordnet, so daß keine unerwünschten Berührungen der Führungsmittel mit dem Ventilsitz auftretenAccording to the invention this object is achieved in that the The valve seat is arranged within a pipe section and that on the outer region of the valve disk on the outside of the pipe section associated guides are attached. In the case of a closure designed in this way, the means are for guidance of the valve disk arranged on the outside, so that no undesired contact of the guide means with the valve seat occurs

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können. Der Teller selbst kann mit Hilfe dieser Führungen bis in seine Endposition ( vor dem eigentlichen Spreizen des Ventiltellers) gefahren werden, ohne daß sich die Dichtflächen einander berühren. Auch in dieser Phase treten also keine unerwünschten Reibungen zwischen den Dichtflächen auf. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verschlusses nach der Erfindung liegt noch darin, daß das Spreizen des Tellers ein Abheben der Führungen von der Außenfläche des Rohrstutzens bewirkt. Während des Spreizvorganges kann sich deshalb der Teller frei im Sitz zentrieren, was ebenfalls die beim Spreizvorgang möglicherweise auftretenden Reibungen auf ein Minimum reduziert. Beim Öffnungsvorgang bewirkt ein Nachlassen der Spreizung , daß sich die Führungen der von der Außenfläche des Rohrstutzens gebildeten Führungsfläche wieder anlegen und damit den Ventilteller in eine Position bringen, in der sich die Dichtflächen nicht mehr berühren. Damit ist sichergestellt, daß auch während der Öffnungsbewegung keine unerwünschten Reibungen auftreten. can. With the help of these guides, the plate itself can be moved into its end position (before the actual spreading of the Valve disc) without the sealing surfaces touching each other. In this phase too, there are no undesirable effects Frictions between the sealing surfaces. Another major advantage of the closure according to the invention lies in the fact that the spreading of the plate causes the guides to lift off the outer surface of the pipe socket. During the spreading process, the plate can therefore center itself freely in the seat, which may also be the case during the spreading process occurring friction is reduced to a minimum. During the opening process, a decrease in the expansion causes that the guides of the guide surface formed by the outer surface of the pipe socket again and thus the valve disc in a Bring a position in which the sealing surfaces no longer touch. This ensures that no undesirable friction occurs even during the opening movement.

Eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusses ist dadurch gekennzeichnet, daß für den Ventilteller ein parallel zur Tellerebene liegenderAnschlag vorgesehen ist und daß der Ventilsitz von einer zylindrischen Fläche gebildet wird. Bei einer solchen Ausführungsform wird erreicht, daß sich die Dichtkante des Tellers während des Spreizvorganges senkrecht zur Sitzoberfläche bewegt, also nahezu ohne schädliche Reibungskomponente. Dadurch wird eine äußerst hohe Zahl von Schließvorgängen ohne Verschleiß der Dichtpartner möglich. Mit einer solchen Vorrichtung können - wie Versuche gezeigt haben - mehrAn expedient embodiment of the closure according to the invention is characterized in that a stop parallel to the plane of the disk is provided for the valve disk and that the valve seat is formed by a cylindrical surface. In such an embodiment it is achieved that the sealing edge of the plate moves perpendicular to the seat surface during the spreading process, i.e. with almost no damaging friction component. This results in an extremely high number of closing processes possible without wear of the sealing partners. As tests have shown, such a device can do more

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als 1000 Schließvorgänge durchgeführt werden, ohne daß die Leck-than 1000 closing processes can be carried out without the leakage

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rate größer als 10 Torr 1 · s wird. Der Anschlag begrenzt die axiale Bewegung des Ventiltellers und stellt sicher, daß sich die Dichtkante des Tellers und der Sitz immer auf derselben Dichtlinie berühren. Außerdem erlaubt die einfache Ge- ^ staltung des Ventilsitzes, des Anschlages und des Ventiltellers eine präzise Bearbeitung der Dichtflächen ohne großen Fertigungsaufwand. Für den Ventilteller und den Ventilsitz kommen zweckmäßig Werkstoffe infrage, die sich bei Beanspruchung der Oberfläche verfestigen. Dadurch sind sie zunächst plastisch und danach elastisch verformbar. Geringfügige relative Formfehler zwischen Teller und Sitz gleichen sich dann während der plastischen Verformungsphase aus. Danach tritt eine Verfestigung der Dichtlinie ein, wodurch sich auch der Verschleißwiderstand der Oberfläche erhöht, so daß diese auch sehr hohen Dichtkräften standhalten. Werkstoffe mit diesen Eigenschaften sind hochfeste Nickellegierungen, die zweckmäßig auch noch eine hohe Streckgrenze aufweisen, damit ein starkes Spreizen des Tellers möglich ist.rate becomes greater than 10 Torr 1 · s. The stop limits the axial movement of the valve disk and ensures that the sealing edge of the disk and the seat always touch on the same sealing line. In addition, the simple overall ^ allowed staltung the valve seat, the stop and the valve disk precise machining of the sealing surfaces with little manufacturing effort. For the valve disk and the valve seat, it is useful to use materials that solidify when the surface is subjected to stress. As a result, they are initially plastic and then elastically deformable. Slight relative shape errors between the plate and seat are then compensated for during the plastic deformation phase. The sealing line then solidifies, which also increases the wear resistance of the surface, so that it can withstand very high sealing forces. Materials with these properties are high-strength nickel alloys, which expediently also have a high yield point so that the plate can spread widely.

Die Dichtkante des Tellers ist zweckmäßig mit Edelmetall(z.B. Feingold) beschichtet. Dadurch wird das Kaltverschweißen der Werkstoffe an der Dichtstelle vermieden. Nahezu alle diese Materialien sind außerdem unempfindlich gegen ionisierende Strahlen, was für die Anwendung in kerntechnischen Anlagen besondere Bedeutung hat.The sealing edge of the plate is expediently covered with precious metal (e.g. Fine gold) coated. This avoids cold welding of the materials at the sealing point. Almost all of these Materials are also insensitive to ionizing radiation, which is special for use in nuclear facilities Has meaning.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein gesonderter Anschlagring für den Teller vorgesehen. Ein solcher Anschlagring ist ein einfaches Teil, welches separat gefertigtIn a further advantageous embodiment, a separate Stop ring provided for the plate. Such a stop ring is a simple part that is manufactured separately

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und dann in den Ventilsitz eingebaut werden kann. Außerdem ermöglicht diese Konstruktion, für den Raum zwischen der Dichtlinie und der Anschlaglinie eine Zwischenabsaugung vorzusehen. Diese Zwischenabsaugung erfolgt über den Spalt zwischen dem Anschlagring und der zylindrischen Verlängerung des Ventilsitzes. Da der dadurch gebildete Spalt in unmittelbarer Nähe der Dichtlinie mündet, kann dieser auch dazu benutzt werden, die Dichtlinie vor der eigentlichen Beanspruchung mit Hilfe eines Druckluftstoßes sauber zu blasen.and can then be installed in the valve seat. In addition, this construction allows for the space between the Sealing line and the stop line to provide an intermediate suction. This intermediate suction takes place through the gap between the stop ring and the cylindrical extension of the valve seat. Because the gap formed in this way is in the immediate vicinity the sealing line opens, this can also be used to close the sealing line before the actual stress with the help of a To blow the compressed air blast clean.

Zweckmäßig ist der erfindungsgemäße hochvakuumdichte Verschluß als Pendelschieber ausgebildet. Das ermöglicht es, den gesamten Strömungsquerschnitt beim öffnen des Ventils freizugeben. Außerdem besteht die Möglichkeit, beide in das Gehäuse des Schiebers hineinmündende Leitungen mit einem erfindungsgemäßen Verschluß zu versehen, wobei sich bei der Erzeugung der Anpreßkräfte die Teller gegenseitig abstützen. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Erzeugung der Dichtkraft pneumatisch erfolgen. Dadurch kann auf durch Keile oder Rollen bewirkte Spreizmittel für die Teller verzichtet werden, so daß das erfindungsgemäße Ventil auch im geschlossenen Zustand ausheizbar ist.The high vacuum-tight closure according to the invention is expedient designed as a pendulum slide. This enables the entire flow cross-section to be released when the valve is opened. aside from that there is the possibility of both lines opening into the housing of the slide with a closure according to the invention to be provided, whereby the plates support each other during the generation of the pressing forces. In such an embodiment the sealing force can be generated pneumatically. This can be caused by wedges or rollers expansion means for the Plate are dispensed with, so that the valve according to the invention can also be baked out in the closed state.

Weitere Vorteile und Einzelheiten sollen anhand von in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:Further advantages and details should be based on the exemplary embodiments shown schematically in FIGS. 1 and 2 explained. Show it:

Figur 1 einen Schnitt durch einen als Pendelschieber ausgebildeten Verschluß mit zwei einander gegenüberliegenden Ventiltellern undFigure 1 shows a section through a designed as a pendulum slide closure with two each other opposite valve plates and

Figur 2 einen Teilschnitt durch einen Verschluß nach der Erfindung im Bereich der Dichtlinien.FIG. 2 shows a partial section through a closure according to the invention in the area of the sealing lines.

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Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Schiebergehäuse 1 vorgesehen, in dem das eigentliche Dichtsystem 2 mittels der Lagerböcke 3 und 4, dem Träger 5 und der Pendelstange 6 pendelnd gelagert ist. in der dargestellten Stellung befinden sich die beiden einander gegenüberliegenden -^* Ventilteller 7 und 8 vor den in das Schiebergehäuse 1 mündenden Öffnungen 9 und 10, die mit Hilfe des Dichtsystems 2 hochvakuumdicht verschließbar sein müssen. Dazu sind den Ventiltellern und 8 zylindrische Sitzflächen 11 und 12 zugeordnet, welche sich an der Innenfläche von in das Gehäuse 1 hineinragenden Rohrstutzen 13 und 14 befinden.In the embodiment shown in Figure 1 is a Valve housing 1 provided in which the actual sealing system 2 by means of the bearing blocks 3 and 4, the carrier 5 and the Pendulum rod 6 is pivoted. in the position shown are the two opposite - ^ * Valve plate 7 and 8 in front of the openings 9 and 10 opening into the valve housing 1, which are vacuum-tight with the aid of the sealing system 2 must be lockable. For this purpose, the valve plates and 8 are assigned cylindrical seat surfaces 11 and 12, which are located on the inner surface of the pipe socket 13 and 14 protruding into the housing 1.

Die Art der Halterung der Ventilteller 7 und 8 an der Pendelstange 6 ist im einzelnen aus Übersichtlichkeitsgründen nicht genau dargestellt. Wesentlich sind jedoch die Bälge 15 und 16, die zwischen den Ventiltellern 7 und 8 einen abgeschlossenen Raum 17 bilden. Wird in diesem Raum 17 der Druck erhöht, dann bewegen sich die Ventilteller in Richtung der zu verschließenden Öffnungen 7 und 8, und zwar jeweils bis zu den Anschlägen 18 und Eine weitere Druckerhöhung im Raum 17 hat ein Anpressen der äußeren Dichtkanten der Teller 7 und 8 an die zylindrischen Sitzflächen 11 und 12 zur Folge, wodurch die Abdichtung bewirkt wird.The type of mounting of the valve disks 7 and 8 on the pendulum rod 6 is not shown in detail for reasons of clarity. However, the bellows 15 and 16 are essential, which form a closed space 17 between the valve disks 7 and 8. If the pressure is increased in this space 17, then move the valve disc in the direction of the openings 7 and 8 to be closed, up to the stops 18 and A further increase in pressure in space 17 presses the outer sealing edges of the plates 7 and 8 against the cylindrical ones Seat surfaces 11 and 12 result, whereby the seal is effected.

Damit sich die eigentlichen Dichtflächen an der Außenkante der Teller 7 und 8 und im Bereich der zylindrischen Dichtflächen 11 und 12 vor der Spreizbewegung der Teller 7 und 8 nicht berühren, sind Mittel zur Führung der Teller vorgesehen. Diese bestehen aus winkelförmigen Führungsstücken 20 und 21, welche mit ihrem einen Ende auf dem äußeren Bereich der Ventilteller 7 und 8 befestigt sind und mit ihrem anderen Ende die Rohrstutzen 13 und So that the actual sealing surfaces on the outer edge of the plates 7 and 8 and in the area of the cylindrical sealing surfaces 11 and 12 do not touch each other before the spreading movement of the plates 7 and 8, means are provided for guiding the plates. These consist of angular guide pieces 20 and 21, which are fastened with their one end on the outer region of the valve plate 7 and 8 and with their other end the pipe socket 13 and

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während der Bewegung der Teller 7 und 8 in Richtung der Sitzflächen 11 und 12 übergreifen und dadurch führen. Während der Spreizbewegung der Teller 7 und 8 heben diese Führungen von der Außenfläche der Rohrstutzen 13 und 14 ab und geben damit den Tellern 7 und 8 die Möglichkeit, sich zu zentrieren.during the movement of the plates 7 and 8 in the direction of the seat surfaces 11 and 12 overlap and thereby lead. During the Spreading movement of the plates 7 and 8 lift these guides from the outer surface of the pipe socket 13 and 14 and thus give plates 7 and 8 allow you to center yourself.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird der Anschlag 19 von einem gesonderten Ring 23 gebildet, der an der Innenseite des Rohrstutzens 14 mittels der Schweißnaht 24 gehaltert ist. Der Ventilteller 7 nimmt eine Stellung ein, in der er der Dichtfläche 12 und dem Anschlag 19 anliegt. Dadurch entsteht ein Raum 25, der über den Spalt 26 zwischen dem Anschlagring 23 und dem Rohrstutzen 14 abgesaugt werden kann. Der Spalt 26 mündet in eine durch Ausfräsung des Rohrstutzens 14 entstandene Ringkammer 27. In diese Ringkammer mündet der Kanal 28, über den die Ab augung oder die Zuführung von Druckluft erfolgen kann. Beim in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die öffnung 9 verschlossen, also der Teller 7 gespreizt. Dadurch liegt der den Stutzen 14 umfassende Teil der winkelförmigen Führung 21 seiner Führungsfläche nicht an.In the embodiment of Figure 2, the stop 19 is formed by a separate ring 23 which is attached to the inside of the Pipe socket 14 is held by means of the weld 24. The valve disk 7 assumes a position in which it is the sealing surface 12 and the stop 19 is applied. This creates a space 25 across the gap 26 between the stop ring 23 and the pipe socket 14 can be suctioned off. The gap 26 opens into an annular chamber created by milling out the pipe socket 14 27. The channel 28 opens into this annular chamber, through which the suction or the supply of compressed air can take place. In the embodiment shown in Figure 2 is the Opening 9 closed, so the plate 7 spread. As a result, the part of the angled part encompassing the nozzle 14 is located Guide 21 of its guide surface does not appear.

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L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

2 7 A b 1 32 7 A b 1 3

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.j High vacuum-tight closure for preferably large nominal widths with a valve seat, an expandable valve plate and means for guiding the valve plate during its closing movement, characterized in that the valve seat is arranged within a pipe section and that guides assigned to the outside of the pipe section are attached to the outer area of the valve plate are.

2. Closure according to claim 1, characterized in that the guides are formed by angle pieces, one of which End attached to the plate and the other end engages around the pipe socket.

3. A closure according to claim 1 or 2, characterized in that a lying parallel to the plate plane for the valve disc Stop is provided and that the valve seat is formed by a cylindrical surface.

4. Closure according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sealing surfaces are made of a high-strength nickel alloy with a high yield point.

5. Closure according to claim 4, characterized in that the sealing edge of the valve disk is coated with noble metal.

6. Closure according to one of the preceding claims, characterized in that a separate stop ring for the Valve plate is provided.

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7. A closure according to claim 6, characterized in that there is a gap between the pipe socket and the stop ring Formation of a channel leading into the space between the stop line and the sealing line is provided.

8. Closure according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed as a pendulum slide.

9. Closure according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed as a double seat closure is.

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