DE2733991A1

DE2733991A1 - Shut off valve with pivoted disc - has sealing pressure applied by ring moved axially against disc by annularly distributed actuators

Info

Publication number: DE2733991A1
Application number: DE19772733991
Authority: DE
Inventors: Hans-Eberhard Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-02-16
Filing date: 1977-07-28
Publication date: 1979-02-08
Also published as: DE2733991C2

Abstract

The shut-off valve has a closure disc (12) rotatable about a diametral axis offset to one side of the plane of the disc. At the other side, the disc has a sealing rim (13) engaging a resilient seat (19) mounted in the housing (5). The seat is backed by a pressure ring (2) which is movable axially to apply a sealing pressure. The ring is moved by three annularly distributed fluid pressure actuators (11) arranged at the outside of the housing and connected to the ring by rods (7) passing through seal bushes in the housing.

Description

Absperrklappe mit großer Dichtkraft Zusatz zu Patent <Butterfly valve with great sealing force. Patent addition <

(Pat.-Anm. P 27 06 528.7)(Pat. Note P 27 06 528.7)

Die Erfindung betrifft eine Absperrklappe für Rohrleitungen mit einer in einem Gehäuse außerhalb der Dirhtungsf1iche zentrisch schwenkbar gelagerten Klappenscheibe und einem Gehäusering, deren beide Dichtungsflachen entsprechend dem Schwenkprofil des Elapnenrsndes die Form von Kugelabschnitten besitzen, wobei die Dichtwirkung durch einen axial verschiebbaren Gehäusering erzielt wird, der durch fremde Druckmittel betätigt wird, die außerhalb des Kieppengehäuses angeordnet sind.The invention relates to a butterfly valve for pipelines with a valve in a housing outside the directional area centrally pivoted valve disc and a housing ring, both of which have sealing surfaces accordingly the swivel profile of the Elapnenrsndes have the shape of spherical sections, the sealing effect through an axially displaceable housing ring is achieved, which is actuated by external pressure medium that is outside the Kieppengehäuses are arranged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Absperrklappe nach dem Hauptpatent weiter zu verbessern, sodaß auch bei Verwendung relativ harter Dichtungswerkstoffe eine sichere und gleichmäßige Dichtwirkung mit großen Dichtkräften erzielt werden kann, wobei die Vorteile der Merkmale und der Bauweise nach dem Hauptpatent beibehalten werden.The invention is based on the object of further improving the butterfly valve according to the main patent, so that too when using relatively hard sealing materials, a reliable and even sealing effect with high sealing forces can be achieved while maintaining the advantages of the features and construction according to the main patent.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein axial verschiebbarer Gehäusering mit einem radial beweglichen Klemmring ausgerüstet ist, dessen kegelförmige innere Klemmfläche auf die kegelförmige äußere Klemmfläche eines fest mit dem Gehäuse verbundenen Dichtringes eine Kreft ausübt, die zu einer zentripetal gerichteten Verformung des Dichtringes führt und somit eine Abdichtung zwischen dem gehäuseeeitigen Dicntring und einem am Umfang der Klappenscheibe angeordneten Dichtring bewirkt, wobei die Krafteinleitung und die Lagerung des axial verschiebbaren Gehäuseringes, durch mindestens drei oder mehr gleichmäßig am Umfang verteilte Druckbolzen erfolgt, die mittels Kugelkopfen gelenkig mit dem axial verschiebbaren Gehäusering verbunden sind und in abgedichteten Lagern durch das Elappengehäuee hindurch geführt werden, wo si· außerhalb des Klappengehäuses mit den Kolbenstangen vonThe object is achieved according to the invention in that an axially displaceable housing ring with a radially movable one Clamping ring is equipped, the conical inner clamping surface on the conical outer clamping surface a sealing ring firmly connected to the housing exerts a force that leads to a centripetally directed deformation of the sealing ring and thus a seal between the housing-side Dicntring and one on the circumference the valve disc arranged sealing ring causes the introduction of force and the storage of the axially displaceable Housing ring, takes place by at least three or more pressure bolts evenly distributed around the circumference, which articulated with the axially displaceable one by means of spherical heads Housing ring are connected and are guided in sealed bearings through the Elappengehäuee, where they outside the valve body with the piston rods of

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zweiseitig beaufschlagbaren Zylindern oder entsprechenden Vorrichtungen verbunden sind, die auf dem Klappengehäuse angeordnet sind.double-sided actuatable cylinders or corresponding devices are connected, which are on the flap housing are arranged.

Anhand mehrerer Zeichnungen wird einAusführungsbeispiel der Erfindung naeh-folgend näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:An exemplary embodiment of the invention is described in greater detail below with the aid of several drawings. The painting demonstrate:

Fig. 1 Einen Schnitt in Richtung Längsachse der Absperrklappe, rechtwinklig zur Schwenkachse der Klappenscheibe, in geschlossenem Zustand der Absperrklappe - Schnittverlauf B-B der Fig. 2 -Fig. 1 A section in the direction of the longitudinal axis of the butterfly valve, at right angles to the pivot axis of the valve disc, when the butterfly valve is closed - Section B-B of Fig. 2 -

Fig. 2 Einen Querschnitt der Absperrklappe in Richtung der Schwenkachse der Klappenscheibe in geöffnetem Zustand der Absperrklappe - Schnittverlauf A-A der Fig. 1 -2 shows a cross section of the butterfly valve in the direction of the pivot axis of the valve disc in the open position State of the butterfly valve - Section A-A of Fig. 1 -

Fig. 3 Vergrößerter Ausschnitt des Dichtungsbereiches Gemäß Einzelheit "C" der Fig. 1Fig. 3 Enlarged section of the sealing area According to detail "C" of FIG. 1

Gemäß diesen Zeichnungen wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der axial verschiebbare Gehäusering (2) mit einem Klemmring (3) ausgerüstet. Zur Sicherstellung einer genauen Zentrierung des Klemmringes (3) auf dem Dichtring (19) ist der Klemmring mittels Hfltering (6) derart am axial verschiebbaren Gehäusering (2) befestigt, daß er über einen ausreichenden radialen Bewegungsspielraum verfügt, wobei die innere Ringfläche des KlemmringesAccording to these drawings, in a preferred embodiment the axially displaceable housing ring (2) is equipped with a clamping ring (3). To make sure a precise centering of the clamping ring (3) on the sealing ring (19) is the clamping ring by means of the Hfltering (6) so attached to the axially displaceable housing ring (2) that it has sufficient radial freedom of movement has, the inner annular surface of the clamping ring

(3) als kegelförmige Klemmfläche (21) ausgebildet ist. Diese Klemmfläche wirkt mit einer Klemmfläche (22) zusammen, die an der äußeren Ringfläche des Dichtringes (19) angeordnet ist, der mittels Flanschring (2o) am festen Gehäusering (1) befestigt ist. Die Innere Ringfläche des(3) is designed as a conical clamping surface (21). This clamping surface cooperates with a clamping surface (22), which is arranged on the outer ring surface of the sealing ring (19), which is fixed by means of the flange ring (2o) Housing ring (1) is attached. The inner ring surface of the

Jo Dichtringes (19) ist als kugelförmige Dichtfläche (23)Jo sealing ring (19) is designed as a spherical sealing surface (23)

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ausgebildet. In Schließstellung der Klappe wirkt sie mit der kugelförmigen Dichtfläche (24) des Dichtringes (13) zusammen, der am Umfang der Klappenscheibe (12) mittels Haltering (H) befestigt ist. Die Kugelform der Dichtflächen (23, 24) ergibt sich aus dem Schwenkprofil des Elappenrandes und der Lage der Schwenkachse im Gehäuse. Der feste Gehäusering (1) wird zwischen Gehäuse (4) und Gehäuseflansch (5) eingelegt und fest verspannt. Ebenso kann der feste Gehäusering (1) an einer Ringfläche im Gehäuse (4) befestigt werden.educated. In the closed position of the flap, it works with the spherical sealing surface (24) of the sealing ring (13), which is attached to the circumference of the valve disc (12) by means of a retaining ring (H). The spherical shape of the sealing surfaces (23, 24) results from the pivot profile of the edge of the lobe and the position of the pivot axis in the housing. The fixed housing ring (1) is inserted and fixed between the housing (4) and the housing flange (5) tense. The fixed housing ring (1) can also be attached to an annular surface in the housing (4).

An der dem Gehäuseflansch (5) zugewandten Ringfläche des axial verschiebbaren Gehäuseringes (2) sind an Umfang gleichmäßig verteilt mindestens drei oder mehr Druckbolzen (7) angeordnet, die mittels Kugelköpfen (8) gelenkig im axial verschiebbaren Gehäusering (2) gelagert sind und durch den Heltering (9) gesichert werden. Die Schäfte der Druckbolzen (7) werden in abgedichteten LagernOn the annular surface of the axially displaceable housing ring (2) facing the housing flange (5) are on the circumference evenly distributed at least three or more pressure bolts (7) are arranged, which are articulated by means of ball heads (8) are mounted in the axially displaceable housing ring (2) and are secured by the helter ring (9). The shafts the pressure pin (7) are in sealed bearings

(10) durch den Gehäuseflansch (5) geführt und sind außerhalb des Klappengehäuses gelenkig mit den Kolbenstangen von beidseitig beaufschlagbaren kurzhubigen Zylindern(10) through the housing flange (5) and are outside of the valve housing articulated with the piston rods of short-stroke cylinders that can be acted upon on both sides

(11) verbunden, die je nach Arbeitsdruck oder ggf. vorhandener Druckmedien als Hydraulikzylinder oder Druckluftzylinder ausgebildet werden können, wobei unter bestimmten Voraussetzungen auch die Anwendung von Stelltrieben oder Stellmotoren anstelle von Zylindern möglich ist. Die Zylinder (11) sind gelenkig am Gehäuseflansch (5) befestigt.(11) connected, depending on the working pressure or possibly existing Pressure media can be designed as hydraulic cylinders or compressed air cylinders, with certain The use of actuators or servomotors instead of cylinders is also possible is. The cylinders (11) are articulated on the housing flange (5).

An der Klappenscheibe (12) sind die bügelartigen Lagerarme (15f 16) befestigt. Lagerarm (15) ist schwenkbar am Achsstummel (17) gelagert, der am Gehäuse (4) befestigt ist. Lagerarm (16) ist fest mit dem Wellensturamel (18) verbunden, der drehbar im Gehäuse (4) gelagert ist. Der Abstand zwischen Klappenscheibe (12) und Schwenkachse (17t 18) wird so groß ausgeführt, daß dieThe bracket-like bearing arms (15f 16) are attached to the valve disc (12). The bearing arm (15) can be pivoted mounted on the stub axle (17) which is attached to the housing (4). The bearing arm (16) is firmly attached to the shaft sturamel (18) connected, which is rotatably mounted in the housing (4). The distance between the valve disc (12) and the pivot axis (17t 18) is made so large that the

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Klappenscheibe In geöffnetem Zustand den gesamten Rohrleitungsquerschnitt freigibt.The valve disc covers the entire cross-section of the pipe when it is open releases.

Die Auswahl des Werkstoffes für den Dichtring (19) hängt vom Betriebsdruck, der Medientemperatur und dem Medium selbst ab. So können elastische Werkstoffe Verwendung finden wie Gummi und Kunststoffe, sofern sie über eine ausreichende Festigkeit verfügen. Ebenso sind relativ harte Werkstoffe mit nur geringer Elastizität verwendbar wie Metalle mit geringer Festigkeit und großer Zähigkeit, zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Messing oder andere Buntmetallegierungen mit ähnlichen Werkstoffeigenschaften. Auch Verbundwerkstoffe wie Kupferasbest können als Dichtungsmaterial verwendet werden.The selection of the material for the sealing ring (19) depends on the operating pressure, the medium temperature and the medium himself off. Elastic materials such as rubber and plastics can be used, provided they have a have sufficient strength. Relatively hard materials with only low elasticity can also be used such as metals with low strength and high toughness, for example copper, aluminum, brass or other non-ferrous metal alloys with similar material properties. Composite materials such as copper asbestos can also be used as Sealing material can be used.

Die Dichtfläche (23) des gehäuseseitigen Dichtringes (19) kann bei Verwendung elastischer Werkstoffe als glatte Kugelfläche ausgebildet werden. Bei Verwendung relativ harter Werkstoffe mit nur geringer Elastizität im besonderen bei metallischen Werkstoffen kann die Dichtfläche (23) vorzugsweise mit ringförmigen Aussparungen (25) in keilförmigen Profil (26) ausgeführt werden. Die so entstehende größere Anzahl von nebeneinanderliegenden Dichtringen bietet eine größere Sicherheit gegen Undichtigkeiten, außerdem kann die für die Dichtwirkung maßgebliche spezifische Flächenpressung der Dichtflächen (23,The sealing surface (23) of the housing-side sealing ring (19) can be designed as a smooth spherical surface when using elastic materials. When using relative hard materials with only low elasticity, especially in the case of metallic materials, the sealing surface can (23) are preferably designed with annular recesses (25) in a wedge-shaped profile (26). The resulting larger number of adjacent sealing rings offers greater security against leaks, In addition, the specific surface pressure of the sealing surfaces (23,

24) bis zur Streckgrenze des Dichtungswerkstoffes gesteigert werden. Eine Überschreitung der spezifischen Flächenpressung über die Streckgrenze hinaus, infofe e zu großer radialer Dichtkräfte hat keine nachteiligen Auswirkungen auf die Dichtwirkung, sie führt zu einer plastischen Verformung an den Berühungssteilen der Dichtflächen und auf Grund des keilförmigen Profils der Aussparungen zwangsläufig zu einer Vergrößerung der wirksamen Dichtfläche bis zwischen der zu großen radialen Dichtkraft und der vergrößerten Dichtfläche entsprechend der Streckgrenze ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist.24) can be increased up to the yield point of the sealing material. Exceeding the specific surface pressure Beyond the yield point, infofe e too high radial sealing forces have no adverse effects on the sealing effect, it leads to a plastic deformation on the contact parts of the sealing surfaces and on Due to the wedge-shaped profile of the recesses inevitably to an enlargement of the effective sealing surface up to between the excessive radial sealing force and the enlarged sealing surface corresponding to the yield point Equilibrium is established.

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Der Dichtring (13), der am Umfang der Klappenscheibe (12) angeordnet ist, kann gleichfalls aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden, wobei dessen Dichtfläche (24) vorzugsweise als glatte Kugelfläche auszubilden ist. Wenn der gehäuseseitige Dichtring (19) aus metallischen Y/erkstoffen besteht, ist darauf zu achten, daß die kugelförmige Dichtfläche (24) des Dichtringes (13) über eine ausreichende Oberflächenhärte verfügt. Zur Vermeidung von Beschädigungen und Rillenbildung auf der Dichtfläche (24) sollte der Härtesprung zwischen dem gehäuseseitigen Dichtring (19) und dem klappenseitigen Dichtring (13) etwa 1 : 4 bis 1 : 5 betragen.The sealing ring (13) on the circumference of the valve disc (12) is arranged, can also be made of different materials, the sealing surface (24) is preferably designed as a smooth spherical surface. If the housing-side sealing ring (19) is made of metallic It is important to ensure that the spherical The sealing surface (24) of the sealing ring (13) has sufficient surface hardness. To avoid of damage and groove formation on the sealing surface (24) should be the hardness jump between the housing-side The sealing ring (19) and the valve-side sealing ring (13) are approximately 1: 4 to 1: 5.

In Offenstellung der Klappenscheibe sind die Zylinder (11) auf der Kolbenstangenseite druckbeaufschlagt und der axial verschiebbare Gehäusering (2) sowie der Klemmring (3) sind soweit zurückgefahren, daß sich die Klemmflächen (21, 22) nicht mehr berühren. Der Dichtring (19) ist in dieser Stellung radial nach außen entspannt, sodaß sich zwischen den Dichtflächen (23, 24) bzw. zwischen der Dichtfläche (23) und den kugelförmigen Schwenkprofil des Klappenrendes ein kleiner Spalt bildet, der jedoch ausreichend bemessen ist, um die Klappenscheibe mit geringen Stellkräften in die durch Anschlag fixierte Endlage der Schließstellung zu fahren. Bei nachfolgender Druckbeaufschlagung der ZylinderWhen the valve disc is in the open position, pressure is applied to the cylinders (11) on the piston rod side and axially the sliding housing ring (2) and the clamping ring (3) are retracted so far that the clamping surfaces (21, 22) no longer touch. The sealing ring (19) is relaxed radially outward in this position, so that between the Sealing surfaces (23, 24) or between the sealing surface (23) and the spherical swivel profile of the flap end Forms a small gap, which, however, is sufficiently dimensioned to allow the valve disc with low actuating forces in the to move to the end position of the closed position fixed by the stop. When the cylinders are subsequently pressurized

(11) auf der Seite mit voller Kolbenfläche wird der Klemmring (3) mit dem axial verschiebbaren Gehäusering (2) mittels der Druckbolzen (7) über den Dichtring (19) geschoben, wobei sich der Klemmring infolge seiner beweglichen Anordnung am axial verschiebbaren Gehäusering auf dem Dichtring zentrieren kann. Durch die Keilwirkung der Klemmflächen (21, 22) wird der zylindrische bzw. kegelförmige Teil des Dichtringes (19) radial nach innen verformt, bis die Dichtflächen (23, 24) gegeneinander gepreßt werden.(11) on the side with the full piston area, the clamping ring (3) is connected to the axially displaceable housing ring (2) by means of the pressure pin (7) is pushed over the sealing ring (19), the clamping ring being movable as a result of it Can center arrangement on the axially displaceable housing ring on the sealing ring. Due to the wedge effect of the Clamping surfaces (21, 22) the cylindrical or conical part of the sealing ring (19) is deformed radially inwards, until the sealing surfaces (23, 24) are pressed against one another.

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Bei richtiger Bemessung des Kegelwinkels für die Klemmflächen (21, 22) des Klemmringes und des Dichtringes können mit relativ kleinen Kolbenkräften der Zylinder (11) große Radialkräfte auf den Dichtring (19) ausgeübt werden. Bei einem bevorzugten Kegelwinkel für die Klemmflächen des Klemmringes und Dichtringes von ca. 15 - 2o° liegen z.B. die Radialkräfte auf den Dichtring nach Abzug der Reibungsverluste an den Klemmflächen ca. 4 bis 5mal höher als die Summe der Zylinder-If the cone angle for the clamping surfaces (21, 22) of the clamping ring and the sealing ring is correctly dimensioned, large radial forces can be exerted on the sealing ring (19) with relatively small piston forces from the cylinder (11). With a preferred taper angle for the clamping surfaces of the clamping ring and sealing ring of approx. 15 - 20 °, for example, the radial forces on the sealing ring after deducting the friction losses on the clamping surfaces are approx. 4 to 5 times higher than the sum of the cylinder kräfte. Derartig hohe Radialkräfte sind im besonderen dann erforderlich, wenn der Dichtring aus metallischen Werkstoff hergestellt wird, denn der Dichtring muß unter Wirkung der Radialkräfte ggf. bis über die Streckgrenze des Materials hinaus verformt werden, um zu einer Aufforces. Such high radial forces are particularly necessary when the sealing ring is made of metallic Material is produced, because the sealing ring must under the effect of the radial forces possibly up to the yield point of the material can also be deformed in order to lage der Dichtflächen (23, 24) zu gelangen. Die radialeposition of the sealing surfaces (23, 24). The radial Komponente der Dichtkraft ergibt sich dann aus der Radialkraft auf den Dichtring abzüglich der Kraft, die erforderlich ist, um den Querschnitt des Dichtringes bis zur Streckgrenze zu belasten. Diese Kraft bewirkt, daß derThe component of the sealing force then results from the radial force on the sealing ring minus the force that is required to cut the cross-section of the sealing ring up to Load yield point. This force causes the

Querschnitt des Dichtringes im abgedichteten ZustendCross section of the sealing ring in the sealed state

der Absperrklappe unter Druckspannung steht, sodaß sich nach zurückfahren der Zylinder und Abheben des Klemmringes der Dichtring im Rahmen des Elastizitätsbereiches radial nach außen entspannen kann und somit der kleine Spaltthe butterfly valve is under compressive stress, so that after retracting the cylinder and lifting off the clamping ring the sealing ring can relax radially outwards within the scope of the elasticity range and thus the small gap zwischen den Dichtflächen (23, 24) wiederhergestellt wird, der erforderlich ist, um die Klappenscheibe mit geringen Stellkräften wieder in die Offenstellung zu fahren. Eventuelle Überschreitungen der Streckgrenze mit nachfolgend plastischer Verformung des Dichtringes, wie sie dann aufbetween the sealing surfaces (23, 24) is restored, which is required to close the valve disc with low Actuating forces to move back into the open position. Possible exceeding of the yield point with the following plastic deformation of the sealing ring, as it then occurs treten kb'nnen, wenn z.B. der Spalt zwischen den Dicht flächen (23, 24) anfangs zu groß ausgeführt wurde, haben keine nachteiligen Auswirkungen auf den Dichtring, wenn dieser aus zähem metallischen Werkstoff hergestellt wird.can occur if, for example, the gap between the seal surfaces (23, 24) was initially designed to be too large, have no adverse effects on the sealing ring, if this is made of tough metallic material.

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

Claims

Patent claims

1. Butterfly valve with a centrally pivotable mounted in a housing outside the sealing surface Valve disc and a housing ring, the two sealing rings or sealing surfaces of which according to the Swivel profile of the Klapper.randes have the shape of spherical sections according to the main patent

characterized in that communicating an axially displaceable housing ring (2) and a clamping ring (3) with a conical clamping surface (21) on the corresponding conical clamping surface (22) of a sealing ring (19) on the fixed housing ring (1) a force can be exerted that leads to a centripetally directed deformation of the sealing ring (19) and creates a seal between the sealing ring (19) and the sealing ring (13) on the valve disc (t2), wherein the introduction of force and the storage of the axially movable housing ring (2) by at least three or more pressure bolts (7) evenly distributed around the circumference, which are articulated with the axially displaceable Housing ring (2) are connected and guided in sealed bearings (1o) through the housing flange (5) where they are outside of the valve housing with the piston rods of cylinders that can be acted upon on both sides (11) or corresponding devices which are arranged on the valve housing

2. Butterfly valve according to claim 1, characterized in that that the sealing surface (23) of the sealing ring (19) with ringf'drmlgen Recesses (25) are provided, which are designed in a wedge-shaped profile (26)

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