DE2846631A1 - SEALING RING - Google Patents
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- F16K1/2261—Shaping or arrangements of the sealing the sealing being arranged on the valve member
Description
DichtringSealing ring
Die Erfindung betrifft einen Im Querschnitt U-förmigen druckunterstützt abdichtenden Dichtring für drehbar gelagerte Klappenscheiben.The invention relates to a U-shaped in cross section, pressure-assisted sealing ring for sealing flap rotatably mounted discs.
Je nach Einsatzgebiet lassen sich die Absperrklappen in solche mit metallischer und nichtmetallischer Abdichtung einteilen. Die nichtmetallischen Abdichtungen sind zwar kostengünstiger und leichter herstellbar, sie sind aber auf niedrige Temperaturen und Drücke beschränkt. Dagegen finden die metallischen Abdichtungen bei hoch beanspruchten Armaturen Anwendung. Die Abdichtung wird z.B. erreicht, indem eine starre Scheibe mit einem genau bearbeiteten Dichtprofil in einen mehr oder weniger steifen Dichtkörper, der im Gehäuse befestigt ist, eintaucht. Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion ist die sehr genaue Fertigung der Einzelteile. Darüber hinaus müssen die entsprechenden Wellen und die Klappenscheibe sehr steif und schwer ausgeführt sein. Eine unter dem Mediumdruck erfolgende Durchbiegung der Absperrklappe würde unweigerlich Undichtigkeiten an der metallischen Dichtung bewirken. Infolge der durch die metallische Dichtung hervorgerufenen größeren Reibung in der Absperrklappe müssen auch dickere Wellen zur Drehmomentübertragung Anwendung finden. Dies bedingt aberDepending on the area of application, the butterfly valves can be divided into those with metallic and non-metallic seals. the non-metallic seals are cheaper and easier to manufacture, but they are on low temperatures and Pressures limited. In contrast, the metallic seals are used for fittings that are subject to high loads. The waterproofing is achieved, for example, by transforming a rigid disc with a precisely machined sealing profile into a more or less rigid one Sealing body, which is fastened in the housing, is immersed. Precondition for perfect function is the very precise manufacture of the Individual parts. In addition, the corresponding shafts and the valve disc must be made very rigid and heavy. One Bending of the butterfly valve under the pressure of the medium would inevitably result in leaks in the metallic seal cause. As a result of the caused by the metallic seal greater friction in the butterfly valve, thicker shafts must also be used for torque transmission. But this requires
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wiederum eine Verengung der Durchlaßquerschnitte innerhalb der Absperrklappe und im Ergebnis schlechtere Durchflußbeiwerte. Eine derartig nachteilige Konstruktion ist in der GB-PS 197 000 dargestellt. Die Anpreßkraft der Dichtung soll hier noch durch den Druck des abzusperrenden Mediums unterstützt werden. Zudem weist diese Konstruktion den Nachteil eines geteilten Dichtringes auf, welcher eine unnötige Vergrößerung der Leckage bedeutet.again a narrowing of the passage cross-sections within the butterfly valve and, as a result, poorer flow coefficients. Such a disadvantageous construction is shown in GB-PS 197,000. The contact pressure of the seal should be supported here by the pressure of the medium to be shut off. In addition, this construction has the disadvantage of a split sealing ring, which means an unnecessary increase in leakage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Abdichtsystem zu finden, welches einfach herstellbar und bei hohen Drücken sowie unterschiedlichen Temperaturbereichen zuverlässig einsetzbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß der Dichtring einstückig aus dünnem Metall besteht und in axialer und radialer Richtung verformbar ist sowie im Ruhezustand federnd an der Dichtfläche im Gehäuse anliegt, daß seine radiale Dichtfläche im Durchmesser größer ausgebildet ist als die Dichtfläche des zugehörigen im Gehäuse angebrachten Sitzes, daß der Dichtring in einer Nut der Klappenscheibe schwimmend gehalten ist, und daß innerhalb des von der U-Form gebildeten Raumes im Dichtring ein inkompressibler Stützkörper lose angeordnet ist.The invention is based on the object of finding an elastic sealing system which is easy to manufacture and with high pressures and different temperature ranges can be used reliably. The solution to this task provides that the sealing ring is made in one piece of thin metal and is deformable in the axial and radial directions as well as in the state of rest resiliently rests against the sealing surface in the housing so that its radial sealing surface is larger in diameter than the sealing surface of the associated seat mounted in the housing, that the sealing ring is held floating in a groove in the valve disc, and that an incompressible support body is loosely arranged within the space formed by the U-shape in the sealing ring.
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Diese Ausführungsform ermöglicht eine sehr einfache, aber äußerst zuverlässige metallische Abdichtung in beiden Strömungsrichtungen. Infolge der schwimmenden Dichtringlagerung kann der jeweils höhere ■ Mediumdruck auf die Seitenflächen des elastischen metallischen' Dichtringes einwirken. Die Seitenfläche wird etwas zusammengepreßt bzw. nach innen gedrückt, eine inkompressible Einlage innerhalb des Ringes gestattet dies nur in einem beschränkten Rahmen und ermöglicht dem Medium bzw. dem höheren Druck den Zutritt in das Inneres des U-förmigen Dichtringes. Der sich hier aufbauende Druck preßt den Dichtring in axialer Richtung gegen die Seitenwand der Nut und in radialer Richtung gegen die Sitzfläche.This embodiment allows a very simple, but extremely reliable metallic seal in both flow directions. As a result of the floating sealing ring bearing, the higher ■ Medium pressure on the side surfaces of the elastic metallic ' Act on the sealing ring. The side surface is slightly compressed or pressed inwards, an incompressible insert within the Ring only allows this to a limited extent and allows the medium or the higher pressure to enter the interior of the U-shaped sealing ring. The pressure that builds up here compresses the Sealing ring in the axial direction against the side wall of the groove and in the radial direction against the seat surface.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Dichtring aus PTFE oder einem ähnliche Eigenschaften aufweisenden Kunststoff besteht und seine Dichtfläche als Kegelkontur ausgebildet ist, wobei der mittlere Durchmesser der Kegelkontur etwas größer wie der Durchmesser der zugehörigen Dichtfläche ausgebildet ist und daß der Dichtring schwimmend in einer Nut der Klappenscheibe gehalten ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft einsetzbar bei Absperrklappen, deren Einsatzbereich niedrige Temperaturen vorsieht.Another embodiment of the invention provides that the sealing ring is made of PTFE or a plastic having similar properties and its sealing surface is designed as a conical contour, the mean diameter of the conical contour being slightly larger than the diameter of the associated sealing surface and that the sealing ring is floating in a groove of the valve disc is held. This embodiment can advantageously be used in butterfly valves whose area of application provides for low temperatures.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zwischen den Schenkeln des U-förmigen Dichtringes und den Seitenwänden der den Dichtring aufnehmenden Nut Dichtungen angeordnet sind.An embodiment of the invention provides that seals are arranged between the legs of the U-shaped sealing ring and the side walls of the groove receiving the sealing ring.
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Mittels dieser Maßnahme wird zuverlässig eine Umströmung des Dichtringes ausgeschlossen. Als Dichtungen können sowohl Flach-, Runddichtungen oder ähnliche Dichtungen Anwendung finden.By means of this measure, a flow around the sealing ring is reliably excluded. As seals, both Flat, round seals or similar seals are used.
Bei der Ausführungsform mit einem Kunststoff-Dichtring sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die seitlichen Dichtungen in den Dichtring integriert sind.In the embodiment with a plastic sealing ring, one embodiment of the invention provides that the side seals are integrated in the sealing ring.
Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, daß die radiale Dichtfläche des U-förmigen Dichtringes durch die Sitzfläche der zugehörigen Absperrklappe kalibriert ist, wird noch die Abdichtwirkung erheblich verbessert. Bei doppelexzentrisch gelagerten Absperrklappen z.B. bei denen nach einer Ausgestaltung der Erfindung die im Gehäuse eingearbeitete Dichtfläche als Kugelkontur ausgebildet ist, deren Mittelpunkt auf der Ebene der Wellenmitte im Mittenkreuz der Durchgangsbohrung liegt, läßt sich die Kalibrierung sehr leicht bewerkstelligen. Der U-förmige Dichtring hat im allgemeinen von der Herstellung her eine bogenförmige Umlenkzone mittels derer die Anlage an der Sitzfläche des Gehäuses erfolgt. Sitzfläche und Dichtring sind nun so dimensioniert, daß der Dichtring ein geringes Übermaß besitzt. Beim erstmaligen Eintauchen in die Sitzfläche erfolgt nun eineWith a further embodiment of the invention that the radial sealing surface of the U-shaped sealing ring is calibrated by the seat surface of the associated butterfly valve, the sealing effect is considerably improved. In double eccentrically mounted butterfly valves, for example, in which, according to one embodiment of the invention, the sealing surface incorporated in the housing is designed as a spherical contour, the center of which is on the plane of the shaft center in the center cross of the through hole, calibration can be done very easily. The U-shaped sealing ring generally has an arcuate deflection zone during manufacture, by means of which it comes into contact with the seat surface of the housing. The seat and sealing ring are now dimensioned so that the sealing ring is slightly oversized. When dipping into the seat for the first time, a
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Kalibrierung des Dichtringes. Die ursprüngliche bogenförmige Anlagefläche des Dichtringes paßt sich genau der Kontur der Sitzfläche an. Da das zu verwendende Material vorteilhafterweise eine gewisse Federwirkung besitzen soll, liegt nach der Kalibrierung der- Dichtring immer unter der Wirkung seiner Federkraft an der Sitzfläche an. Die durch das abzusperrende Medium erfolgende Druckunterstützung der Dichtung, bewirkt dann nur noch eine Erhöhung der Flächenpressung. Mittels der Kalibrierung des Dichtringes wird eine großflächigere Anlage der abzudichtenden Teile bewirkt.Calibration of the sealing ring. The original curved contact surface of the sealing ring adapts exactly to the contour of the seat surface. Since the material to be used should advantageously have a certain spring effect, after calibration the sealing ring always rests against the seat surface under the effect of its spring force. The pressure support of the seal by the medium to be shut off then only causes an increase in the surface pressure. By calibrating the sealing ring, the parts to be sealed are placed over a larger area.
Zur Erreichung der erfindungsgemäßen Dichtwirkung sieht eine andere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Innendurchmesser des U-förmigen Dichtringes zum Grund der ihn aufnehmenden Nut einen Abstand aufweist. Diese Maßnahme gewährleistet eine Umströmung des jeweiligen Schenkels des Dichtringes und somit den Druckaufbau innerhalb des Dichtringes.To achieve the sealing effect according to the invention, another embodiment of the invention provides that the inner diameter of the U-shaped sealing ring is at a distance from the base of the groove receiving it. This measure ensures a flow around the respective leg of the sealing ring and thus the pressure build-up within the sealing ring.
Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen dieThe invention is illustrated and will be based on an exemplary embodiment described below. It show the
Fig. 1 einen Schnitt durch eine geschlossene doppelexzentrische Abdichtklappe mit einer metallisch-elastischen Abdichtung, dieFig. 1 is a section through a closed double eccentric sealing flap with a metallic-elastic seal, the
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Fig. 2 einen Schnitt durch die Abdichtpartie zwischen Gehäuse und metallisch-elastischer Abdichtung vor dem erstmaligen Schließen der Armatur, die2 shows a section through the sealing part between the housing and metallic-elastic sealing before the valve is closed for the first time, which
Fig. 3 einen Schnitt durch die geschlossene und kalibrierte Abdichtpartie, dieFig. 3 is a section through the closed and calibrated sealing part, the
Fig. 4 einen Schnitt durch die offene Abdichtpartie eines aus Kunststoff gefertigten Dichtringes und die4 shows a section through the open sealing part of a sealing ring made of plastic and the
Fig. 5 einen Schnitt durch die geschlossene Abdichtpartie eines Dichtringes gemäß Fig. 45 shows a section through the closed sealing part of a Sealing ring according to FIG. 4
In der Fig. 1 des Ausführungsbeispiels wurde eine doppelexzentrische Absperrklappe mit einem erfindungsgemäßen Dichtring gewählt und im Schnitt dargestellt. Im Gehäuse 1 sind eine Welle 2 sowie ein Wellenzapfen 3 angeordnet, von denen die Klappenscheibe 4 angetrieben bzw. gehalten wird. Das Gehäuse 1 ist mit einer als Kugelkontur ausgebildeten Dichtfläche 5 für den Dichtring 6 ausgerüstet. Die Dichtfläche 5 ist Teil einer Kugel, deren Mittelpunkt auf der Ebene der Wellenmitte im Mittenkreuz der Durchgangsbohrung liegt.In Fig. 1 of the embodiment, a double eccentric Butterfly valve selected with a sealing ring according to the invention and shown in section. In the housing 1 are a shaft 2 and a Shaft journal 3 arranged, by which the valve disc 4 is driven or held. The housing 1 has a spherical contour trained sealing surface 5 equipped for the sealing ring 6. The sealing surface 5 is part of a sphere, the center of which is on the plane the center of the shaft lies in the center cross of the through hole.
Der Dichtring 6 ist am Umfang der Klappenscheibe 4 in einer Nut angeordnet, welche von der Klappenscheibe 4 und einem daran mit Schrauben 8 befestigten Ring 9 gebildet wird. Innerhalb der Nut 7The sealing ring 6 is arranged on the circumference of the valve disc 4 in a groove which is part of the valve disc 4 and one on it Screws 8 attached ring 9 is formed. Inside the groove 7
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Hegt der U—förmige Dichtring 6, in dessen Innern ein inkompressibler Stützkörper 10 eingelegt ist. Zwischen den Seitenwänden der Nut 7 und den Schenkeln des U-förmigen Dichtringes 6 sind in diesem Fall Flachdichtungen 11 vorgesehen. Ein Dichtring 12 verhindert zwischen dem Ring 9 und der Klappenscheibe 4 ein Durchströmen.The U-shaped sealing ring 6 has an incompressible inside Support body 10 is inserted. Between the side walls of the groove 7 and the legs of the U-shaped sealing ring 6 are in this Case flat seals 11 are provided. A sealing ring 12 prevents a flow between the ring 9 and the valve disc 4.
Die Wirkungsrichtung des Mediumdruckes zeigen die Pfeile "A" und "B".The direction of action of the medium pressure is shown by the arrows "A" and "B".
Die Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt durch die Abdichtpartie einer geöffneten und erstmals zu schließenden Absperrklappe. Von der Herstellung her hat der U-förmige Dichtring 6 hier noch eine kreisförmige Umlenkzone 13. Die Fig. 3 zeigt, wie der Dichtring 6 beim erstmaligen Eintauchen in die zugehörige Dichtfläche 5 auf seine endgültige Form kalibriert wird. Der im Außendurchmesser größere Dichtring 6 ist in seine Dichtfläche 5 hineingepreßt, wobei sich die Umlenkzone 13 der Kugelkontur der Dichtfläche anpaßt. Die Verformung ist bleibend und gewährleistet infolge der Rückfederungswirkung des Materials eine gleichförmige Anlage des Dichtringes 6 an der DichtflächeFig. 2 shows an enlarged section through the sealing part an open butterfly valve that needs to be closed for the first time. In terms of manufacture, the U-shaped sealing ring 6 still has one here circular deflection zone 13. Fig. 3 shows how the sealing ring 6 when it is first immersed in the associated sealing surface 5 on its final shape is calibrated. The larger in outer diameter sealing ring 6 is pressed into its sealing surface 5, the Deflection zone 13 adapts to the spherical contour of the sealing surface. The deformation is permanent and guaranteed due to the spring-back effect of the Material a uniform contact of the sealing ring 6 on the sealing surface
Die druckunterstützte Abdichtung kommt folgendermaßen zustande:The pressure-assisted seal comes about as follows:
Wirkt der Mediumdruck aus Richtung "A", dann legt sich der Schenkel 14 an den Stützkörper 10 an und das Medium gelangt in den durch die Nut 7 und den Dichtring 6 gebildeten Raum, bis sich in demselben der gleiche Mediumsdruck aufgebaut hat, wie aufIf the medium pressure acts from direction "A", then the leg 14 rests against the support body 10 and the medium arrives in the space formed by the groove 7 and the sealing ring 6 until the same medium pressure has built up in the same as on
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der Seite "A" der Klappe. Der nicht dichtend ausgebildete Stützkörper ermöglicht einen störungsfreien Druckaufbau innerhalb des Dichtringes. Infolge der Inkompressibilität des Stützringes 10, der einstückig oder mehrstückig ausgebildet ist, kann der Dichtring 6 nicht zusammengepreßt, sondern nur elastisch verformt werden. Die hier gewählten Flachdichtungen 11 verhindern zuverlässig, daß der Dichtring 6 von A nach B umströmt werden kann. Der Schenkel 15 liegt aufgrund des im Dichtring herrschenden Differenzdruckes dichtend an der Flachdichtung 11 an. Sollte der höhere Mediumdruck auf der Seite B vorherrschen, dann würde der Schenkel 14 in Verbindung mit der Flachdichtung 11 eine Umströmung verhindern.the "A" side of the flap. The non-sealing supporting body enables a trouble-free pressure build-up within the sealing ring. As a result of the incompressibility of the support ring 10, which is formed in one piece or in several pieces, the sealing ring 6 cannot be compressed, but can only be elastically deformed. The flat seals 11 selected here reliably prevent the flow around the sealing ring 6 from A to B. Because of the differential pressure prevailing in the sealing ring, the leg 15 rests against the flat seal 11 in a sealing manner. Should the higher medium pressure prevail on the B side, the leg 14 in connection with the flat seal 11 would prevent a flow around it.
Die gleichwertige zuverlässige Abdichtung in beiden Strömungsrichtungen kommt folgendermaßen zustande: Infolge der Elastizität des Dichtringes kann bei einer Druckbeaufschlagung von der Seite A, die die Klappenscheibe 4 mit dem Dichtring 6 von der Dichtfläche wegdrückt, der Dichtring durch Veränderung seines äußeren Durchmessers aufgrund des im Innern des Dichtringes anstehenden Druckes die vergrößerte Toleranz ausgleichen.The equivalent reliable seal in both directions of flow is achieved as follows: As a result of the elasticity of the sealing ring can, when pressure is applied from side A, which separates the valve disc 4 with the sealing ring 6 from the sealing surface pushes away the sealing ring by changing its outer diameter compensate for the increased tolerance due to the pressure inside the sealing ring.
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Wirkt der Druck von der Seite B, wird die Klappenscheibe mit dem Dichtring in die Dichtfläche hineingedrückt. Der Dichtring gibt wie eine Feder nach, so daß eine Erhöhung des Drehmomentes nicht eintritt.If the pressure is applied from side B, the valve disc with the sealing ring is pressed into the sealing surface. The sealing ring gives way like a spring, so that an increase in torque does not occur.
Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein aus PTFE oder einem ähnliche Eigenschaften aufweisenden Kunststoff bestehender Dichtring 6 in der Nut 7 der Klappenscheibe schwimmend gelagert ist. Bei dieser Ausführung wurde auf eine seitliche Dichtung verzichtet, da hier der Dichtring 6 dichtend mit der jeweiligen Seitenwand 16 oder 17 zusammenwirkt. Die Wirkungsweise der Abdichtung ist wie bei den Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 bis 3,lediglich die Art der Kalibrierung weicht etwas ab. Die kegelförmige Dichtfläche 18 des Dichtringes 6 ist in ihrem mittleren Durchmesser etwas größer gehalten wie der zugehörige Durchmesser der kugelförmig gestalteten Dichtfläche 5 des Gehäuses 1 . Beim Eintauchen in die Dichtfläche 5 verformen sich die Ecken 19, 20 des Dichtringes 6, so daß sich die Kegelform der kugelförmigen Dichtfläche 5 anpaßt. Je nach den zu erwartenden Druckverhaltnissen der Armatur, kann der Dichtring mit oder ohne den inkompressiblen Stützkörper 1 0 ausgerüstet werden.4 and 5 show an embodiment in which a made of PTFE or similar properties Existing plastic sealing ring 6 is floatingly mounted in the groove 7 of the valve disc. In this version, a Lateral seal is dispensed with, since here the sealing ring 6 cooperates in a sealing manner with the respective side wall 16 or 17. the The mode of operation of the seal is the same as in the exemplary embodiments in FIGS. 1 to 3, only the type of calibration differs somewhat away. The conical sealing surface 18 of the sealing ring 6 is in its mean diameter kept slightly larger than the associated diameter of the spherical sealing surface 5 of the Housing 1. When immersed in the sealing surface 5, the corners 19, 20 of the sealing ring 6 deform so that the conical shape of the spherical sealing surface 5 adapts. Depending on the pressure conditions to be expected in the valve, the sealing ring can be with or without the incompressible support body 1 0 can be equipped.
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