DD201482A1

DD201482A1 - SEALING ARRANGEMENT OF A ACTUATOR FOR VALVES

Info

Publication number: DD201482A1
Application number: DD23576581A
Authority: DD
Inventors: Gerd Nebel
Original assignee: Gerd Nebel
Priority date: 1981-12-15
Filing date: 1981-12-15
Publication date: 1983-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung eines Stellantriebes fuer Ventile, dessen Kolben einerseits von Druckluft und andererseits von einer Feder beaufschlagt ist. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Dichtung so zu gestalten, dass sie neben guten Trockenlaufeigenschaften ueber laengere Zeit den Druck haelt, ohne anschliessend hohe Losreisskraefte zu benoetigen und auch unter Strahlenbelastung einsetzbar ist. Erfindungsgemaess geschieht dies dadurch, dass neben der radialen Abdichtung der Druckraum durch eine axiale Plansitzdichtung abgedichtet ist. Fuer den Fall, dass der Stellantrieb das Ventil unter Druckbeaufschlagung schliesst, ist im federseitigen Gehaeuseraum axial federnd ein Einsatz angeordnet, an dessen Stirnseite der Kolben axial dichtend zur Anlage kommt.The invention relates to a sealing arrangement of an actuator for valves, the piston is acted on the one hand by compressed air and on the other hand by a spring. It is based on the task of designing the seal so that in addition to good dry-running properties it holds the pressure over a longer period of time, without subsequently requiring high break-out forces and can also be used under radiation exposure. This is done according to the invention in that in addition to the radial seal the pressure chamber is sealed by an axial sandwich seat gasket. In the event that the actuator closes the valve under pressure, an insert is axially resiliently arranged in the spring-side housing space, at the end face of the piston comes axially sealing to the plant.

Description

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Sealing arrangement of an actuator for valves Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung eines Stellantriebes für Ventile, dessen Kolben einerseits von einem Druckmittel, vorzugsweise Druckluft, und andererseits von einer Feder beaufschlagt ist·The invention relates to a sealing arrangement of an actuator for valves, the piston is acted on the one hand by a pressure medium, preferably compressed air, and on the other hand by a spring ·

Characteristic of the known technical solutions

Bekannt sind Stellantriebe, bei denen die Abdichtung des Druckraumes mittels radial wirkender Bewegungsdichtungen erfolgt. Die hierbei zum Einsatz kommenden Dichtungen sind überwiegend aus Elastomeren gefertigt. Diese Dichtungen haben unter den Bedingungen des Trockenlaufs den Nachteil des ungünstigen Reibverhaltens, des schnellen Verschleißes und sind damit in hohem HaJe leckageanfällig· Weiterhin erfordert diese Art der Dichtung einen hohen technologischen Aufwand zur Erzielung einer Dichtungslauffläche mit einer minimalen Oberflächenrauheit und einem hohen Glättungsanteil. Xm Havariefall, beim Ausfall der Druckluftversorgung, ist bei druckblockiertem Stellantrieb die Konstanthaltung des vorhandenen Luftdruckes über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten. Abhängig von der Länge der Stillstandszeit unter Druck sowie der Oberflächenrauheit setzt sich das Dichtungsmaterial in die Riefen und Vertiefungen der Lauffläche, wodurch bei einem anschließenden Bewegungsvorgang TeilchenActuators are known in which the sealing of the pressure chamber by means of radially acting movement seals. The seals used here are mainly made of elastomers. These seals have the disadvantage of unfavorable frictional behavior, rapid wear and are therefore susceptible to leakage in high HaJe · Furthermore, this type of seal requires a high technological effort to achieve a seal running surface with a minimal surface roughness and a high smoothing ratio. In the event of a breakdown of the compressed air supply, in the event of a breakdown of the compressed air supply, it must be ensured that the existing air pressure is kept constant over a longer period of time with a pressure-locked actuator. Depending on the length of the standstill time under pressure and the surface roughness, the sealing material settles in the grooves and depressions of the tread, whereby in a subsequent movement process particles

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der Dichtung herausgerissen werden. Durch diesen Verschleiß wird die Dichtung unbrauchbar bzw. erfallt nicht mehr die Bedingungen des wartungsfreien Betriebes über einen längeren Zeitraum und der minimalen Leckage insbesondere im Havariefall. Radialdichtungen aus PTFE besitzen, zwar bessere Gleiteigenschaften unter den Bedingungen des Trockenlaufs; sie sind jedoch unter Strahlungsbelastung in der hermetischen Zone eines Kernkraftwerkes nicht einsetzbar·the seal are torn out. As a result of this wear, the seal becomes unusable or no longer meets the requirements of maintenance-free operation over a longer period of time and the minimum leakage, in particular in the event of an accident. Although PTFE radial seals have better sliding properties under dry running conditions; However, they can not be used under radiation exposure in the hermetic zone of a nuclear power plant.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Dichtungsanordnung eines Stellantriebes hinsichtlich Trockenlaufeigenschaft, der betriebssicheren und wartungsfreien Funktion über längere Zeiträume, der Druckkonstanz und Strahlungsresistenz zu verbessern.The object of the invention is to improve the sealing arrangement of an actuator with respect to dry-running property, the reliable and maintenance-free function over long periods, the pressure stability and radiation resistance.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung eines Stellantriebes für Ventile zu schaffen, die bei geringem technologischen Aufwand gute Gleiteigenschaft als auch eine sichere Abdichtung in der druckbeaufschlagten Endstellung des Kolbens gewährleistet, wobei der Kolben nach Druckentlastung sich frei von Dichtungsreibung in seine Ausgangsstellung zurtlckbewegen soll, indem im Moment des Löaens des Kolbens keine Haft- bzw. Losreißkräfte wirksam Werden. Die Dichtungsanordnung soll in der hermetischen Zone von Kernkraftwerksanlagen sicher einsetzbar sein·The invention has for its object to provide a seal assembly of an actuator for valves that ensures good sliding property and a secure seal in the pressurized end position of the piston at low technological cost, the piston after pressure relief is free to move zurtlckdicht seal friction to its original position in that no adhesive or breakaway forces take effect at the moment of piston release. The seal assembly should be safe to use in the hermetic zone of nuclear power plants ·

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Druckraum neben der radialen Abdichtung zusätzlich durch eine axiale Plansitzdichtung abgedichtet ist, indem der Kolben in der druckbeaufschlagten Endstellung mit meiner dem Druckraum abgekehrten Stirnfläche an der Stirnseite des Gehäuses fiber eine definierte und in an sich bekannter Welse ausge-According to the invention, this is achieved in that the pressure chamber in addition to the radial seal is additionally sealed by an axial split seat seal by the piston in the pressurized end position with my end face facing away from the pressure chamber on the front side of the housing on a defined and known in catfish.

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führte Plansitzd.ich.tung axial dichtend zur Anlage gekommen ist. TtLr den Fall, daß der Stellantrieb das Ventil unter Druckbeaufschlagung schließt, ist zur Vermeidung einer Doppelbestimmung der Endstellung (Anlage des Kolbens an der Stirnseite des Gehäuses/Auflage des Ventilkegels auf dem Ventilsitz) im federseitigen Gehäuseraum zwischen der dem Druckraum abgekehrten Stirnfläche des Kolbens und der Stirnseite des Gehäuses axial federnd ein ringförmiger Einsatz angeordnet, an dessen Stirnseite nunmehr der Kolben über die Plansitzdichtung axial dichtend zur Anlage kommt· Die axiale Federung des Einsatzes, begrenzt durch einen Bund am Einsatz und eine Eindrehung am Gehäuse, ist durch in Sichtung gegen den Kolben wirkende mechanische Druckfedern gegeben· Der Einsatz kann auch ein selbstfedernder, dichtender Einsatz aus einem Elastomer sein. Ein dem Einsatz beigeordneter Stützkörper als auch die Wandung des Gehäuses weisen dann Ausdrehungen als Federausgleichsraum auf.The planing seat has been axially sealingly abutted. TtLr the case that the actuator closes the valve under pressure, is to avoid a double determination of the end position (installation of the piston on the front side of the housing / support of the valve cone on the valve seat) in the spring-side housing space between the pressure chamber remote from the end face of the piston and Axially resiliently an annular insert is arranged on the end face of the housing, on the front side of which now the piston comes to rest axially via the split seat seal acting mechanical compression springs given · The use can also be a self-locking, sealing insert made of an elastomer. An associated use of the supporting body as well as the wall of the housing then have rotations as a spring compensation chamber.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand.dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Hierzu zeigenThe invention will be explained in more detail by reference to three exemplary embodiments. Show this

Fig. 1 einen Stellantrieb, der das Ventil unter Druckbeaufschlagung öffnet, .1 shows an actuator which opens the valve under pressure,.

Fig. 2 einen Stellantrieb, der das Ventil unter Druckbeaufschlagung schließt, wobeiFig. 2 shows an actuator which closes the valve under pressure, wherein

- der rechte Halbschnitt ein Ausführungsbeispiel mit mechanischer Federung des Einsatzes- The right half section an embodiment with mechanical suspension of the insert

- der linke Halbschnitt ein Ausführungsbeispiel mit einem Einsatz aus einem Elastomer darstellt.- The left half section represents an embodiment with an insert made of an elastomer.

Der Stellantrieb besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, Welches einerseits von einem Deckelflansch 2 und andererseits von einem Anschlußflansch 3 verschlossen ist. Beide Flansche sind durch eine Anzahl Zuganker 4 verspannt· Im Anschlußflansch 3 (Fig. 1) bzw. Deckelflansch 2 (Fig. 2) be-The actuator consists of a cylindrical housing 1, which is closed on the one hand by a cover flange 2 and on the other hand by a connecting flange 3. Both flanges are braced by a number of tie rods 4. In the connection flange 3 (FIG. 1) or cover flange 2 (FIG.

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findet sich eine Bohrung 5» über die ein Druckraum 6 mit Druckluft beaufschlagt wird. Die Abdichtung des Druckraumes 6 zwischen Gehäuse 1 und Anschlußflansch 3 bzw. Deckelflansch 2 erfolgt durch eine Dichtung 7· Xm Gehäuse 1 bewegt sich ein mit einer Kolbenstange 8 fest verbundener Kolben 9· Die Kolbenstange 8 wird in einer Büchse 10 des Anschlußflansches 3 geführt und ist außerhalb mit der Stellstange des Ventilkegels verbunden (nicht gezeichnet). Im Deckelflansch 2 bzw. Anschlußflansch 3 befindet sich eine Bohrung 11, durch welche der Gehäuseraum 12 entlüftet wird. Eine Feder zwischen Deckelflansch 2 bzw. Anschlußflansch 3 und Kolben 9 drückt den Kolben 9 bei fehlender Druckbeaufschlagung in die Ausgangsstellung zurück. Der radialen Führung und Dichtung des Kolbens 9 gegenüber dem Gehäuse 1 dient ein Kolbenring im Kolben 9* An der dem federseitigen Gehäuseraum 12 zugekehrten Stirnseite weist der Kolben 9 einen erhabenen Dichtring 15 auf.there is a hole 5 »via which a pressure chamber 6 is supplied with compressed air. The sealing of the pressure chamber 6 between housing 1 and flange 3 or cover flange 2 is effected by a seal 7 · Xm housing 1 moves a piston 9 firmly connected to a piston rod 8 · The piston rod 8 is guided in a sleeve 10 of the connecting flange 3 and is externally connected to the control rod of the valve plug (not shown). In the cover flange 2 and connecting flange 3 is a bore 11 through which the housing chamber 12 is vented. A spring between the cover flange 2 and flange 3 and piston 9 pushes the piston 9 in the absence of pressurization in the starting position. The radial guidance and sealing of the piston 9 relative to the housing 1 is a piston ring in the piston 9 * At the end of the spring-side housing chamber 12 facing the piston 9 has a raised sealing ring 15.

Gemäß Fig. 1 bildet dieser Dichtring 15 zusammen mit der Dichtung 16, die in einem als Anschlag dienenden Absatz 17 des Gehäuses 1 r-^ordnet ist, die axiale Plansitzdichtung· Die Bewegungsdichtung zwischen der Kolbenstange 8 und dem Anschlußflansch 3 ist auf Grund der Gegebenheiten hinsichtlich Abmessungen und Druck im allgemeinen beherrschbar und ist als Dichtung 18 ausgeführt«1, this sealing ring 15 together with the seal 16, which is arranged in a serving as a stop paragraph 17 of the housing 1 r- ^ assigns, the axial seat sandwich gasket · The movement seal between the piston rod 8 and the flange 3 is due to the circumstances Generally manageable in terms of dimensions and pressure and designed as seal 18 «

Nach Fig. 2, rechter Halbschnitt, ist im federseitigen Gehäuseraum 12 ein ringförmiger Einsatz 19 angeordnet. Er ist stirnseitig gegenüber dem Dichtring 15 des Kolbens 9 in Verbindung mit einem Anschlagring 20 mit einer Dichtung 21 versehen sowie gegenüber dem Gehäuse 1 mit einer Dichtung 22. Die Dichtung 21 des Einsatzes 19 bildet mit dem Dichtring 15 des Kolbens 9 die axiale Plansitzdichtung. Der Einsatz 19 ist axial beweglich, begrenzt durch einen Bund 23 am Einsatz 19 und eine Eindrehung 24 am Gehäuse 1. Die axiale Federung des Einsatzes 19 im Bahmen dieser Beweglichkeit ist gegebenAccording to FIG. 2, right half section, an annular insert 19 is arranged in the spring-side housing space 12. He is frontally opposite the sealing ring 15 of the piston 9 in conjunction with a stop ring 20 is provided with a seal 21 and with respect to the housing 1 with a seal 22. The seal 21 of the insert 19 forms with the sealing ring 15 of the piston 9, the axial seat sandwich gasket. The insert 19 is axially movable, limited by a collar 23 on the insert 19 and a recess 24 on the housing 1. The axial suspension of the insert 19 in the context of this mobility is given

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durch kreisförmig angeordnete, in Richtung gegen den Kolben wirkende mechanische Druckfedern 25 zwischen Anschlußflansch 3 und Einsatz 19. Im linken Halbschnitt ist der Einsatz ein selbstfedernder, dichtender Einsatz 26 aus einem Elastomer. Er ist stirnseitig gegenüber dem Kolben 9 mit einer Anschlagplatte 27 versehen. Ein ihm beigeordneter Stützkörper 28 als auch die Wandung des Gehäuses 1 weisen Ausdrehungen 29 auf, die als Federausgleichsraum dienen.by circularly arranged, acting in the direction against the piston mechanical compression springs 25 between the connection flange 3 and insert 19. In the left half section of the insert is a self-locking, sealing insert 26 made of an elastomer. He is frontally opposite the piston 9 is provided with a stop plate 27. An adjoining him supporting body 28 and the wall of the housing 1 have recesses 29, which serve as a spring compensation chamber.

Bei einem Stellantrieb gemäß Fig. 1, der das Ventil unter Druckbeaufschlagung öffnet, bewegt sich, wird der Druckraum mit Druckluft beaufschlagt, der Kolben 9 gemeinsam mit der Kolbenstange 8 entgegen der Kraft der Feder I3 bis zum Anschlag am Absatz 17 des Gehäuses 1. Dabei wird der mit der Kolbenstange 8 über die Stellstange verbundene Ventilkegel Vom Ventilsitz abgehoben. Die Abdichtung des Druckraumes 6 fibernehmen während der Bewegung die Dichtung 7, der Kolbenring 14 und die Dichtung 18. In Offenstellung des Ventils ist zusätzlich die axiale Plansitzdichtung I5, 16 wirksam, die entsprechend den gegebenen Bedingungen ausgebildet ist· Nach Ableiten der Druckluft aus dem Druckraum 6 wird durch die Feder I3 der Kolben 9 mit seinem Dichtring 15 von der Dichtung 16 abgehoben und bis zum Aufsetzen des Ventilkegels auf den Ventilsitz in die Schließstellung zurückgeführt· Schließt der Stellantrieb unter Druckbeaufschlagung das Ventil, wie in Fig. 2 dargestellt, dann bewegt sich der Kolben 9, bis der Ventilkegel auf dem Ventilsitz zur Auflage kommt. Die Abdichtung des Druckraumes 6 übernehmen während dieser Bewegung die Dichtung 7 und der Kolbenring 14. Kurz bevor der Ventilkegel zur Auflage kommt, setzt sich der Dichtring 15 des Kolbens 9 auf die Dichtung 21 des Einsatzes 19 bzw. auf den Einsatz 26 und übernimmt als Plansitzdichtung somit die bewegte Abdichtung des Druckraumes 6 bis zum Schließen des Ventils. Bei diesem Vorgang bewegt sich der Einsatz 19 gleichlaufend mit dem Kolben 9» wobei die Dichtschließkraft durch die Druckfedern 25 aufgebracht wird bzw. der Kolben 9 drückt den elastischen Einsatz 26 gegen dessen WiderstandIn an actuator according to FIG. 1, which opens the valve under pressure, moves, the pressure chamber is pressurized with compressed air, the piston 9 together with the piston rod 8 against the force of the spring I3 until it stops at the shoulder 17 of the housing 1. Dabei the valve cone connected to the piston rod 8 via the control rod is lifted off the valve seat. The seal of the pressure chamber 6 take during the movement of the seal 7, the piston ring 14 and the seal 18. In the open position of the valve, the axial face seat gasket I5, 16 is effective, which is formed according to the given conditions · After diverting the compressed air from the pressure chamber 6 is lifted by the spring I3 of the piston 9 with its sealing ring 15 from the seal 16 and returned to the touch of the valve cone on the valve seat in the closed position · closes the actuator under pressure, the valve, as shown in Fig. 2, then moves the piston 9 until the valve cone comes to rest on the valve seat. Just before the poppet comes to rest, the sealing ring 15 of the piston 9 is placed on the seal 21 of the insert 19 and on the insert 26 and takes over as a plan seat seal thus the moving seal of the pressure chamber 6 until the valve is closed. In this process, the insert 19 moves concurrently with the piston 9 »wherein the tight closing force is applied by the compression springs 25 and the piston 9 presses the elastic insert 26 against its resistance

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In die Ausdrehungen 29. Eine ÜberbeStimmung der Schließstellung des Ventils ist somit vermieden. Nach Ableiten der Druckluft aus dem Druckraum 6 wird durch die Feder 13 der Kolben 9 mit seinem Dichtring 15 von der Dichtung 21 des Einsatzes 19 bzw. dem Einsatz 26 abgehoben und bis zum Anschlag an den Deckelflansch 2 zurückgeführt·In the rotations 29. An over-determination of the closed position of the valve is thus avoided. After discharging the compressed air from the pressure chamber 6, the piston 9 is lifted by its spring 13 from the seal 21 of the insert 19 or the insert 26 and returned to the cover flange 2 as far as the stop ·

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist also gewährleistet, daßThe solution according to the invention thus ensures that

- durch die axiale Plansitzdichtung zwischen dem Dichtring mit definierter Dichtkante am Kolben und der Dichtung am Gehäuse bzw· am Einsatz sowie der gleichzeitig radial gegen die Gehäusewand wirkenden Pressung eine nahezu leckagefreie Abdichtung wirksam wird;- By the axial seat sandwich gasket between the sealing ring with defined sealing edge on the piston and the seal on the housing or on the insert and the same time acting radially against the housing wall pressing a virtually leak-free seal is effective;

- bei sehr langen Druckhaltezeiten und bei hohen Drücken, bei denen eine intensive Haftung der Dichtung eintritt, ein schlagartiges Lösen des Kolbens von der Plansitzdichtung und damit ein sofortiges Offnen bzw. Schließen des Ventils möglich ist, ohne daß dabei Losreißkräfte notwendig sind, die zu Zerstörungen der Dichtung führen}- At very long pressure holding times and at high pressures at which intensive adhesion of the seal occurs, a sudden release of the piston of the seat sandwich gasket and thus an immediate opening or closing of the valve is possible without this Losreißkräfte are necessary to destroy lead the seal}

- bei Verwendung eines Einsatzes unter den Bedingungen des Trockenlaufs der Dichtung nur minimale Dichtungswege erforderlich sind und damit auch nur minimaler Verschleiß an der Dichtung auftritt;- When using an insert under the conditions of dry running of the seal only minimal sealing paths are required and thus only minimal wear on the seal occurs;

- durch die Anordnung eines federnden Einsatzes die Dichtschließkraft auch bei unterschiedlichen Ventilschließ-Stellungen gewährleistet ist;- Is ensured by the arrangement of a resilient insert, the tight closing force even at different valve closing positions;

- durch die Verwendung von Elastomeren als Dichtwerkstoff der Stellantrieb unter den Bedingungen des Trockenlaufs als auch unter Strahlenbelastung einsatzfähig ist.- By the use of elastomers as a sealing material of the actuator under the conditions of dry running and under radiation exposure is operational.

Claims

235IGS 6 Claim for invention

1. Sealing arrangement of an actuator for valves whose piston is acted on the one hand by a pressure medium, preferably compressed air »and the other by a spring, wherein the pressure chamber is sealed radially between the piston and housing, characterized in that the pressure chamber (6) in addition to the radial seal In addition, by an axial plan seat seal (15, 16, 15, 21, 15, 26) is sealed by the piston (9) in the pressurized end position with its the pressure chamber (6) facing away from the end face of the housing (1) but a defined and executed in a conventional manner plan seat seal (15, 16, 15, 21, 15, 26) has come to bear axially sealing.

2 · Sealing arrangement according to item 1, characterized in that in the spring-side housing space (12) between the pressure chamber (6) facing away from the end face of the piston (9) and the end face of the housing (1) axially resiliently an annular insert (19; is, on the end face of the piston (9) via the flat seat seal (15, 21, 15, 26) comes to bear axially sealingly

3 * sealing arrangement according to item 1 and 2, characterized in that the axial suspension of the insert (19), bounded by a collar (23) on the insert (19) and a recess (24) on the housing (1), in the direction against the piston (9) effective mechanical compression springs (25) is given.

4 sealing assembly according to item 1 and 2, characterized in that the insert is a selbstfe dernder, sealing insert (26) a us an elastomer, wherein an adjoining supporting body (28) and the wall of the housing (1) turns ( 29) as a spring compensation chamber ·

For this Z sides drawings