DE9408439U1 - Ball valve - Google Patents
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Description
KugelhahnBall valve
Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a ball valve according to the preamble of claim 1.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Kugelhahn mit einer Druckentlastungsfunktion für einen Totraum, der u.a. zwischen dem Gehäuse und dem Kugelelement des Kugelhahnes einerseits und einem Paar auf- bzw. abstromseitig des Kugelelementes angeordneter Dichtungsanordnungen andererseits definiert ist. In diesem Totraum kann sich das abzudichtende Medium ansammeln. Es kann daher aufgrund des Druckes des in der Schliesstellung des Kugelelementes im Totraum eingeschlossenen Mediums zu einer unerwünschten ungesteuerten Mediumabgabe an die Umgebung kommen. Dies kann Auswirkungen auf die Gesundheit von in der Nähe des Kugelhahnes sich aufhaltenden Personen sowie auf die Umwelt haben, sowie zu Betriebsstörungen der mit dem Kugelhahn ausgerüsteten Anlage führen. Es wurde daher schon vorgeschlagen, das Medium im Totraum über eine im Gehäuse eingebrachte Entlastungsbohrung mit einem Entlastungsventil gezielt nach aussen abzuführen. Diese Vorgehensweise ist insbesondere im Hinblick auf den damit verbundenen baulichen Aufwand nachteilig. Ausserdem stellt die bekannte Anordnung erhöhte Anforderungen an das das Entlastungsventil betätigende Bedienungspersonal. Bekannt (EP-B-O 322 546) sindThe invention relates in particular to a ball valve with a pressure relief function for a dead space, which is defined, among other things, between the housing and the ball element of the ball valve on the one hand and a pair of sealing arrangements arranged upstream and downstream of the ball element on the other. The medium to be sealed can collect in this dead space. Due to the pressure of the medium enclosed in the dead space in the closed position of the ball element, an undesirable uncontrolled release of medium to the environment can therefore occur. This can have an impact on the health of people staying near the ball valve and on the environment, as well as lead to malfunctions in the system equipped with the ball valve. It has therefore already been proposed to discharge the medium in the dead space to the outside in a targeted manner via a relief bore with a relief valve in the housing. This procedure is disadvantageous, in particular with regard to the associated structural effort. In addition, the known arrangement places increased demands on the operating personnel operating the relief valve. Known (EP-B-O 322 546) are
ferner Kugelhähne mit Überlastschutz, bei denen die auf- bzw. abstromseitige Dichtungsanordnung bei Überschreiten eines bestimmten Druckes im Totraum öffnet, um den Druck in die Durchgangspassage an- bzw. abstromseitig des Kugelelementes abzulassen. Diese Anordnung ist nur bei Überschreiten bestimmter Druckgrenzwerte in Totraum wirksam, während bei normalen Betriebszuständen eine Mediumansammlung im Totraum von dieser Sicherungsmassnahme nicht beeinflusst werden kann.Furthermore, ball valves with overload protection, in which the upstream or downstream sealing arrangement opens when a certain pressure in the dead space is exceeded in order to release the pressure into the passage upstream or downstream of the ball element. This arrangement is only effective when certain pressure limits in the dead space are exceeded, while in normal operating conditions an accumulation of medium in the dead space cannot be influenced by this safety measure.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kugelhahnes mit automatischer Druckentlastung bzw. Entleerung des Totraumes bei der Bewegung des Kugelhahnes zwischen der Schliess- und Öffnungsstellung. Insbesondere soll es die Erfindung ermöglichen, mit einfachen baulichen Mitteln eine Druckentlastung des Totraumes wahlweise in Auf- oder Abstromrichtung der Durchgangspassage des Kugelhahnes vorgeben zu können.The object of the invention is to create a ball valve with automatic pressure relief or emptying of the dead space when the ball valve moves between the closed and open positions. In particular, the invention should make it possible to provide pressure relief of the dead space either in the upstream or downstream direction of the ball valve passage using simple structural means.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Durch die erfindungsgemässen Massnahmen findet bei jedem Schaltvorgang, wenn der Kugelhahn von der Schliess- in die Freigabestellung gebracht wird, eine Druckentlastung bzw. Entleerung des Totraumes in einer gewünschten Richtung, d.h. in Richtung an die Aufstrom- oder Abstromseite des Kugelelementes statt. Vom baulichen Aufwand her sind dabei praktisch nur Dichtringe der an- und abstromseitigen Dichtungsanordnungen mit unterschiedlichen Abmessungen der Dichtflächen vorzusehen. Die Merkmale gemäss den Weiterbildungen der Erfindung nach den Unteransprüchen 2 und 3 stellen darüber hinaus sicher, dass die erfindungsgemässen Massnahmen mit keinen nachteiligen Auswirkungen auf die Dichtwirkung verbunden sind, indem die für eine Abdichtung erforderliche dichtende Eingriffnahme derThis object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Due to the measures according to the invention, pressure is relieved or the dead space is emptied in a desired direction, i.e. towards the upstream or downstream side of the ball element, during each switching process when the ball valve is moved from the closed position to the release position. In terms of construction, practically only sealing rings of the upstream and downstream sealing arrangements with different dimensions of the sealing surfaces are to be provided. The features according to the further developments of the invention according to subclaims 2 and 3 also ensure that the measures according to the invention are not associated with any adverse effects on the sealing effect, in that the sealing engagement of the
Dichtflächen der Dichtringe mit dem Kugelelement entsprechend den gewünschten Spezifikationen ausgelegt werden kann.Sealing surfaces of the sealing rings with the ball element can be designed according to the desired specifications.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausfuhrungsform und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment and the drawing. They show:
Fig. 1 in längsgeschnittener Ansicht einen erfindungsgemäss aufgebauten Kugelhahn mit Druckentlastung zur Abstromseite,Fig. 1 shows a longitudinal section of a ball valve constructed according to the invention with pressure relief on the downstream side,
Fig. 2 in fragmentarischer geschnittener Ansicht ein Kugelelement und die damit zusammenwirkenden Dichtringe der Dichtungsanordnungen des Kugelhahnes nach Fig. 1.Fig. 2 shows a fragmentary sectional view of a ball element and the sealing rings interacting with it of the sealing arrangements of the ball valve according to Fig. 1.
Der Kugelhahn umfasst gemäss Fig. 1 ein Gehäuse 1, welches in bekannter Weise aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein kann, die unter Zwischenanordnung von geeigneten Dichtungen gegeneinander verspannt sind. Das Gehäuse 1 ist von einer Durchgangspassage 2 durchsetzt, die an einer zwischenliegenden Stelle zu einer Kammer erweitert ist, in der ein Kugelelement 8 mit einer Durchgangsbohrung 9 aufgenommen ist. Das Kugelelement 8 hat eine Mitnehmerausnehmung 7, welche einen Zapfen am unteren Ende einer im Gehäuse 1 gelagerten Betätigungswelle 6 aufnimmt, mit deren Hilfe das Kugelelement 8 um eine Achse senkrecht zur Längsachse der Durchgangspassage 2 gedreht werden kann. Die Durchgangsbohrung 9 des Kugelelementes 8 kann hierdurch in und aus einer ausgerichteten Beziehung zur Durchgangspassage 2 des Gehäuses 1 gebracht werden, um eine Verbindung zwischen dem auf- und abstromseitigen Bereich der Durchgangspassage 2 zu schaffen bzw. diese Verbindung zu unterbrechen. Die Betätigungswelle 6 ist in geeigneter, dem Fachmann bekannter Weise gegenüber dem Gehäuse 1 abgedichtet.According to Fig. 1, the ball valve comprises a housing 1, which can be assembled in a known manner from several parts that are braced against each other with suitable seals arranged between them. The housing 1 is penetrated by a passage 2, which is expanded at an intermediate point to form a chamber in which a ball element 8 with a through hole 9 is accommodated. The ball element 8 has a driver recess 7, which accommodates a pin at the lower end of an actuating shaft 6 mounted in the housing 1, with the aid of which the ball element 8 can be rotated about an axis perpendicular to the longitudinal axis of the through hole 2. The through hole 9 of the ball element 8 can thereby be brought into and out of an aligned relationship with the through hole 2 of the housing 1 in order to create a connection between the upstream and downstream areas of the through hole 2 or to interrupt this connection. The actuating shaft 6 is sealed against the housing 1 in a suitable manner known to those skilled in the art.
Wie dargestellt, ist das Kugelelement 8 gegenüber dem Gehäuse 1 durch ein Paar Dichtungsanordnungen A, B abgedichtet, von denen eine dem aufstromseitigen und die andere dem abstromseitigen Bereich der Durchgangspassage 2 zugewandt ist. Jede Dichtungsanordnung A, B umfasst ein ringförmiges Hauptdichtungselement oder einen Dichtring 10 bzw. 11, der konzentrisch zur Mittellängsachse der Durchgangspassage 2 angeordnet sind. Die Dichtringe 10, 11 bestehen vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Material, wie Stahl, und können gehärtete Dichtflächen 12, 13 haben, die mit der Oberfläche 20 des Kugelelementes 8 in Metall-Metall-Berührung stehen. Die Erfindung ist jedoch auf eine derartige Ausbildung der Dichtringe 10, 11 nicht beschränkt. Vielmehr könnten diese auch aus anderen Materialen bestehen oder mit Einsatzdichtungsteilen aus nachgiebigem Material wie PTFE oder dgl. versehen sein.As shown, the ball element 8 is sealed from the housing 1 by a pair of sealing arrangements A, B, one of which faces the upstream side and the other the downstream side of the passage 2. Each sealing arrangement A, B comprises an annular main sealing element or a sealing ring 10 or 11, which are arranged concentrically to the central longitudinal axis of the passage 2. The sealing rings 10, 11 are preferably made of a heat-resistant material, such as steel, and can have hardened sealing surfaces 12, 13, which are in metal-to-metal contact with the surface 20 of the ball element 8. However, the invention is not limited to such a design of the sealing rings 10, 11. Rather, they could also be made of other materials or be provided with insert sealing parts made of a flexible material such as PTFE or the like.
Jeder Dichtring 10, 11 ist durch eine geeignete Vorspanneinrichtung 14, 15 gegen das Kugelelement 8 vorgespannt und über die betr. Vorspanneinrichtung 14, 15 am Gehäuse 1 axial abgestützt. Geeignete Sekundärdichtungen 16, 17, z.B. in Gestalt von Kohlenstoffelementen mit Federeigenschaft, sind im Kraftfluss zwischen den Dichtringen 10, 11 und der betreffenden Vorspanneinrichtung 14, 15 vorgesehen, um die Dichtringe 10, 11 gegenüber dem Gehäuse 1 abzudichten.Each sealing ring 10, 11 is pre-tensioned against the ball element 8 by a suitable pre-tensioning device 14, 15 and is axially supported on the housing 1 via the respective pre-tensioning device 14, 15. Suitable secondary seals 16, 17, e.g. in the form of carbon elements with spring properties, are provided in the force flow between the sealing rings 10, 11 and the respective pre-tensioning device 14, 15 in order to seal the sealing rings 10, 11 against the housing 1.
Zwischen dem Gehäuse 1 und der kugeligen Oberfläche 20 des Kugelelementes 8 einerseits sowie zwischen den auf- und abstromseitigen Dichtungsanordnungen A, B andererseits ist ein ringförmiger Totraum 5 definiert, der in der Schliesstellung des Kugelelementes 8, vgl. Fig. 2, gegenüber der Umgebung, insbesondere gegenüber der Durchgangspassage 2, abgedichtet ist. Ausserdem steht der Totraum 5 in derAn annular dead space 5 is defined between the housing 1 and the spherical surface 20 of the ball element 8 on the one hand and between the upstream and downstream sealing arrangements A, B on the other hand, which is sealed against the environment, in particular against the passage 2, in the closed position of the ball element 8, see Fig. 2. In addition, the dead space 5 is in the
Schliesstellung des Kugelelementes 8 mit dessen Durchgangsbohrung 9 in Verbindung, so dass die Durchgangsbohrung 9 in dieser Stellung des Kugelelementes 8 ebenfalls als abgedichtetes Totvolumen betrachtet werden kann.Closed position of the ball element 8 with its through hole 9, so that the through hole 9 in this position of the ball element 8 can also be regarded as a sealed dead volume.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind erf indungsgemäss die Abmessungen der Dichtringe 10, 11 auf die Abmessungen des Kugelelementes 8 so abgestimmt, dass es bei dessen Drehung aus der in Fig. 2 gezeigten Schliesstellung in die Freigabestellung (nicht gezeigt), bei der die Durchgangsbohrung 9 des Kugelelementes 8 zum auf- und abstromseitigen Bereich der Durchgangspassage 2 ausgerichtet ist, zu einer Leerung bzw. Entspannung des Totraumes 5 (in Fig. 2 nicht dargestellt) und der Durchgangsbohrung 9 kommt, uzw. zu einem Zeitpunkt, bevor die Durchgangsbohrung 9 eine Verbindung zwischen dem auf- und abstromseitigen Bereich der Durchgangspassage 2 schafft.As shown in Fig. 2, according to the invention the dimensions of the sealing rings 10, 11 are matched to the dimensions of the ball element 8 in such a way that when it is rotated from the closed position shown in Fig. 2 into the release position (not shown), in which the through-hole 9 of the ball element 8 is aligned with the upstream and downstream areas of the passage 2, the dead space 5 (not shown in Fig. 2) and the through-hole 9 are emptied or relaxed, i.e. at a time before the through-hole 9 creates a connection between the upstream and downstream areas of the passage 2.
Insbesondere ist der Innendurchmesser D^10 der Dichtfläche 12 des aufstromseitigen Dichtringes 10 um ein geeignetes Mass kleiner als der Innendurchmesser D^^ der Dichtfläche 13 des abstromseitigen Dichtringes 11. Andererseits hat das Kugelelement 8 einen konstanten Basisdurchmesser D an seiner Kugeloberfläche 20 und eine Abmessung L längs der Mittellängsachse der Durchgangsbohrung 9, wobei D > L ist, so dass das Kugelelement 8 endseitig der Durchgangsbohrung 9 abgeflacht ist.In particular, the inner diameter D^ 10 of the sealing surface 12 of the upstream sealing ring 10 is smaller by a suitable amount than the inner diameter D^^ of the sealing surface 13 of the downstream sealing ring 11. On the other hand, the ball element 8 has a constant base diameter D on its spherical surface 20 and a dimension L along the central longitudinal axis of the through hole 9, where D > L, so that the ball element 8 is flattened at the end of the through hole 9.
Zwischen dem Kugelelement 8 und den Dichtringen 10, 11 bestehen folgende Abmessungsbeziehungen:The following dimensional relationships exist between the ball element 8 and the sealing rings 10, 11:
Dil0' Dill < L und (L - Diio) > (L - D il0' D ill < L and ( L - D iio) > (L -
Ausserdem ist bei der gezeigten Ausführungsform darüber hinaus der Aussendurchmesser DalQ der Dichtfläche 12 des aufstromseitigen Dichtringes 10 um ein geeignetes Mass S kleiner als der Innendurchmesser D^11 ^er Dichtfläche 13 des abstromseitigen Dichtringes 11.Furthermore, in the embodiment shown, the outer diameter D alQ of the sealing surface 12 of the upstream sealing ring 10 is smaller by a suitable dimension S than the inner diameter D^ 11 ^of the sealing surface 13 of the downstream sealing ring 11.
Aufgrund der geschilderten Abmessungsverhältnisse steht der Dichtfläche 12 des aufstromseitigen Dichtringes 10 bei der Drehung des Kugelelementes 8 aus der in Fig. 2 gezeigten Schliesstellung in oder entgegen der Uhrzeigerrichtung, z.B. in die durch den Pfeil angedeutete Richtung, ein durch das Bogenmass &agr; begrenzter Bereich 20' der Kugeloberfläche 20 zur Verfügung, der eine grössere radiale Erstreckung als der durch das Bogenmass &bgr; begrenzte Flächenbereich 20' ' hat, längs dem sich die Dichtfläche 13 des abstromseitigen Dichtringes 11 bewegt. Bei einer Drehung des Kugelelementes 8 wird daher die Dichtfläche 13 des abstromseitigen Dichtringes 11 eher als die Dichtfläche 12 des aufstromseitigen Dichtringes 10 aus der Eingriffnahme mit der Kugeloberfläche 20 gelangen. Es wird dadurch eine Verbindung zwischen der Durchgangsbohrung 9 und dem abstromseitigen Bereich der Durchgangspassage 2 hergestellt, bevor die Dichtfläche 12 des aufstromseitigen Dichtringes 10 ausser Eingriff mit der Kugeloberfläche 20 gelangt ist. Auf diese Weise können, bevor eine Verbindung zwischen den auf- und abstromseitigen Bereichen der Durchgangspassage zustandekommt, der Totraum 5 sowie das Innere der Durchgangsbohrung 9 von einem darin ggf. eingeschlossenen Medium wirksam entleert bzw. druckentlastet werden.Due to the dimensional relationships described, when the ball element 8 rotates from the closed position shown in Fig. 2 in a clockwise or anti-clockwise direction, e.g. in the direction indicated by the arrow, the sealing surface 12 of the upstream sealing ring 10 has access to a region 20' of the ball surface 20 which is limited by the radian dimension α and has a larger radial extent than the surface region 20'' limited by the radian dimension β , along which the sealing surface 13 of the downstream sealing ring 11 moves. When the ball element 8 rotates, the sealing surface 13 of the downstream sealing ring 11 will therefore come out of engagement with the ball surface 20 sooner than the sealing surface 12 of the upstream sealing ring 10. This creates a connection between the through hole 9 and the downstream area of the through passage 2 before the sealing surface 12 of the upstream sealing ring 10 has disengaged from the ball surface 20. In this way, before a connection is created between the upstream and downstream areas of the through passage, the dead space 5 and the interior of the through hole 9 can be effectively emptied or depressurized of any medium that may be enclosed therein.
Obschon es für die erfindungsgemässe Druckentlastungsfunktion in erster Linie darauf ankommt, dass der Durchmesser D^q der Dichtfläche 12 des aufstromseitigen Dichtringes 10 kleiner als der Durchmesser Din der Dichtfläche 13 desAlthough the pressure relief function according to the invention depends primarily on the diameter D^q of the sealing surface 12 of the upstream sealing ring 10 being smaller than the diameter D in the sealing surface 13 of the
abstromseitigen Dichtringes 11 ist, wird bevorzugt, dass die Aussendurchmesser DalQ, Dall dieser Dichtflächen 12, 13 der Beziehung Dal0 < Dall folgen. Dadurch werden die radialen Abmessungen der Dichtflächen 12, 13 begrenzt, um eine ausreichend hohe abdichtende Flächenpressung unter den von den Vorspanneinrichtungen 14, 15 aufgebrachten Kräften zwischen den in Eingriff miteinander stehenden Flächen der Dichtringe 10, 11 und des Kugelelementes 8 zu gewährleisten.downstream sealing ring 11, it is preferred that the outside diameters D alQ , D of all of these sealing surfaces 12, 13 follow the relationship D al0 < D all . This limits the radial dimensions of the sealing surfaces 12, 13 in order to ensure a sufficiently high sealing surface pressure under the forces applied by the prestressing devices 14, 15 between the surfaces of the sealing rings 10, 11 and the ball element 8 which are in engagement with one another.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist das Kugelelement 8 durch eine Zapfenlagerung gegenüber dem Gehäuse 1 gehalten. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch bei einer "schwimmenden" Lagerung des Kugelelementes 8, indem dieses im wesentlichen nur durch die auf- und abstromseitigen Dichtungsanordnungen A, B axial abgestützt ist, angewandt werden kann.In the embodiment of the invention shown in Fig. 1, the ball element 8 is held relative to the housing 1 by a journal bearing. However, it is understood that the invention can also be applied to a "floating" bearing of the ball element 8, in that it is essentially only axially supported by the upstream and downstream sealing arrangements A, B.
In Fig. 2 sind die Verhältnisse dargestellt, die eine Entleerung der besagten Toträume zum abstromseitigen (in Fig. 2 rechtseitigen) Bereich der Durchgangspassage 2 bewirken.. Es versteht sich, dass durch eine Umgekehrung der gezeigten Verhältnisse auch eine Entleerung zum aufstromseitigen Bereich erreicht werden kann.Fig. 2 shows the conditions that cause the said dead spaces to be emptied towards the downstream area (right-hand side in Fig. 2) of the passage 2. It is understood that by reversing the conditions shown, emptying towards the upstream area can also be achieved.
Claims (3)
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| DE9408439U DE9408439U1 (en) | 1994-05-21 | 1994-05-21 | Ball valve |
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- 1994-05-21 DE DE9408439U patent/DE9408439U1/en not_active Expired - Lifetime
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