DK163373B - Afspaerringsarmatur i form af en kuglehaneventil - Google Patents

Description

DK 163373 B

Opfindelsen angår et afspærringsarmatur i form af en kugleha-neventil, hvori der i et hus omfattende rørstudse ved tilstrømnings- og afstrømningssiden er lejret et kuglelegeme, som kan drejes via en omskifteraksel, og hvor der i afspærrings-5 stillingen dannes et metal-metal primærtætningssystem ved afstrømningssiden mellem kuglelegemets sfæriske periferiflade og huset, idet primærtætningssystemet strækker sig i hovedsagen koncentrisk om rørstudsenes akse og er delt ved hjælp af et ringformet spor, som strækker sig koncentrisk om rørstudsenes 10 akse, i hvilket spor der udmunder et udluftningssystems kontrolledning, som er ført gennem husvæggen.

Af de forskellige kendte afspærringsarmaturer, såsom skydere, ventiler, haner, klapper osv., anvendes der ved opbygningen og 15 driften af højtryksledninger i de nedre til de mellemste diameterområder, f.eks. indtil omkring DN 400, såvel skydere, men også haner, og i de øvre diameterområder (DN 500 indtil DN 1200) overvejende kuglehaneventiler. De sidstnævnte har en lukkevej på 90°. De virksomme trykdifferensflader svarer ved 20 de svømmende kuglelegemer i hovedsagen til det samlede til slutningstværsnit, og ved de dobbelt lejrede kuglelegemer til det ringformede tværsnit af tætn i ngsf1aden i forbindelse med lejekræfterne. Kuglelegemer har derved den fordel i forhold til skydere, at der skal præsteres et væsentligt mindre arbej-25 de, når de skal åbnes eller lukkes, hvorved der også kan anvendes store armaturer i form af kuglehaneventiler, der via en mellemtransmission kan betjenes med hånden uden et motorisk drev.

30 Afspærringsarmaturernes tætningssystemer er afhængigt af op bygningsmåden mere eller mindre under indflydelse af transportmedierne og kan især beskadiges af faststofpartikler. Metalliske tætningslegemer er af naturlige årsager mere slidresistente end ikke-metal1iske tætninger. Kuglehaneventiler med 35 ikke-metalliske hovedaftætningssystemer er derved slet ikke egnede til ledninger og anlæg, hvori transportmediet kan medbringe faststofpartikler.

DK 163373 B

2

De metalliske tætninger ved kuglehaneventiler medfører på grund af den komplekse geometriske form af tætningselementerne høje fremstillingsomkostninger og kræver relativt høje anpres-ningskræfter for at tilvejebringe en gennemstrømningstæt βίε lukning. Til kuglehaneventilers tætningssystem har det i praksis vist sig, at en kombination af primært metalliske og sekundært ikke-metal1iske materialer er relativt slidstærke.

Til gennemføres af forskellige reparations- og inspektionsar-10 bejder er det uundgåeligt med en pålidelig kontrol af tætningsfunkt ionen under driftsbeti ngel ser. Indretninger til udelukkelse af tætningsfunktionen betegnes som "blokerings- og udluftningssystemer".

15 Normalt sættes tætningsfunktionen ud af funktion ved at huset tømmes via sumpudtømningsledningen. Såvel ved dobbelt lejrede som ved svømmende lejrede kuglelegemer, kræves der bevægeligt lejrede tætningsringe, som følger kuglelegemets bevægelser, når tætningsfunktionen skal sættes ud af funktion ved hjælp af 20 udtømning af huset. Anpresningskræfterne tilvejebringes ved hjælp af fjedre i forbindelse med trykpåvirkede, ringformede forløbende flader. Ved svømmende lejrede kuglelegemer optræder der ved afstrømningssiden meget høje kræfter på det ydre tæt-ningsssystem på grund af trykforskellen over den samlede tvær-25 snitsflade og ved tilstrømningssiden har tætningsbæreren ud-' lignet tilnærmelsesvis lige store aksialbevægelser.

Bevægeligt lejrede tætningsbærere kræver to uafhængigt af hinanden virkende dynamiske tætningssystemer, nemlig en aftætning 30 mellem kuglelegemet og tætningsbæreren og en aftætning mellem tætningsbæreren og armaturhuset. Fremstillingsomkostningerne for de til kuglehaneventilerne hørende bevægelige tætningssystemer er betydelige. Indtrængning og aflejring af faststofpartikler først og fremmest i det indre tætningssystem medfø-35 rer ofte funkti onsforstyrrelser, i sær ved bloker i ngs- og udluftningssystemet. Kompleksiteten af de hidtil kendte aftæt-ningssystemer, især i forbindelse med et blokerings- og ud-

DK 163373 B

3 1 uftningssystem var tidligere årsag til et stort antal driftsforstyrrelser og kostbare reparationer og udskiftninger.

Et afspærringsarmatur af den indledningsvist nævnte art kendes 5 fra US patentskrift nr. 3.473.554, hvor kuglelegemet med en boldformet ansats indgriber i en udsparing i husets bund og ved sin øvre ende holdes af omskifterakslen. Omskifterakslen kan ikke kun drejes, men kan også bevæges frem og tilbage i lodret retning. Akslen har et skråtskåret afsnit som er i 10 stilling til at vippe kuglelegemet i forhold til den boldformede lejring. Denne lejring er indrettet således, at kuglelegemet drejes ud af åbningsstillingen og over i lukkestillingen, og derefter ved sænkning af omskifterakslen presses mod sædet. Det tilvejebragte primærtætningssystem er en metal-me-15 taltætning, men kuglelegemets flader og husets sæder er ikke komplementært krummede. Xbningsforløbet foregår omvendt, dvs. at først hæves kuglelegemet fra sædet - hvilket kun er muligt ved relativt lave tryk - og drejes derefter i åbningsstillingen. Armaturet kan også kun arbejde med en blød tætning, som 20 er anbragt i en ring udformet i selve huset.

Dette tætningssystem er altså relativt kompliceret, hvorved der må tages hensyn til, at der forefindes en yderligere tætning mellem ringen og huset. De ovenfor allerede forklarede 25 ulemper i forbindelse med anvendelse af bløde tætninger forstærkes yderligere, nemlig ved at der under åbningen tilvejebringes en spalte, når kuglelegemet vippes, hvorigennem medium kan strømme med forhøjet hastighed.

30 Derved opstår der et uundgåeligt højt slid på primærtætningssystemet. Dette gælder især, når mediet indeholder forureninger.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe 35 en kuglehaneventi1, som kan anvendes til alle tryktrin og diametre, og som omfatter såvel et simpelt og robust tætningssystem uden bevægelige dele som et blokerings- og udluftningssy-

DK 163373 B

4 stem, med hvis hjælp den tætte aflukning af kuglehanen i funk-tionsstillingen på pålidelig måde kan aflastes.

Opfindelsen udgår fra et afspærringsarmatur af den indled-5 ningsvis nævnte art, der hidtil har kunnet fremstilles uden aflastningsmulighed for den tætte aflukning i funktionsstillingen. Kuglehanevenilen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at kuglelegemet er svømmende lejret og er indrettet til i afspærringssti 11 ingen, når der opbygges trykforskel mellem 10 tilstrømnings- og afstrømningssiden med sin sfæriske periferiflade under dannelse af primærtætningssystemet at trykkes mod en komplementær krummet, ringformet hustætningsflade, hvori det ringformede spor er udformet.

15 Ifølge opfindelsen kan afspærringsarmaturet desuden være udformet således, at kuglelegemet er svømmende lejret og er indrettet til i afspærringsstillingen, når der opbygges trykforskelle mellem tilstrømnings- og afstrømningssiden med sin sfæriske periferiflade under dannelse af primærtætningssyste-20 met, at trykkes mod en komplementær krummet, ringformet hustætningsflade, og det ringformede spor kan være udformet i kuglelegemets sfæriske periferiflade og i afspærringssti 11 ingen afdækkes fuldstændig af den ringformede hustætningsflade.

25 Fra LU patentskrift nr. 56.422 kendes også anvendelsen af et ringformet spor i et lukkelegeme, men her drejer det sig dog om et armatur af en anden art, som omfatter et lukkelegeme i form af en drejelig lejret klap, som i øvrigt er forsynet med bløde tætninger.

30

Udover kuglelegemet og omskifterakselen er der ved afspærringsarmaturet ifølge opfindelsen ingen bevægelige dele indbyggede. Primærtætningen tilvejebringes ved hjælp af metallisk tætning umiddelbart mellem kuglelegemet og den sfæriske tæt-35 ningsflade, idet de til rådighed stående høje anpresningskræf-ter sørger for en gennemstrømningstæt aflukning. Ved indretningen af det ringformede forløbende spor i selve hustætnings-

DK 163373 B

5 fladen er der med held tilvejebragt en pålidelig aflastning af den tætte aflukning i funkt ionssti 11 i ngen.

Til reducering af friktionen kan kuglelegemet og hustætnings-5 fladerne være belagt.

Ved en anden udførelsesform ifølge opfindelsen kan mindst en elastisk og/eller elastisk lejret tætningsring være indbygget koncentrisk i forhold til rørstudsenes akse i området af hus-10 tætningsfladen og med afstand til sporet på en sådan måde, at den aflukker en på grund af fremsti 11ingstolerancer og/eller lejespil af det svømmende leje og kuglelegemet dannet spalte mellem hustætningsfladen og kuglelegemets per iferiflade til ikrafttræden af primærtætningssystemet. Oenne tætningsring 15 virker som hjælpetætning ved opbygning af trykforskellen mellem tilstrømnings- og afstrømningssiden. Små trykforskelle mellem de to tryksider kan nemlig uden et sådant hjælpetætningssystem udlignes på grund af lækstrømme langs det svømmende lejrede kuglelegemes sfæriske periferiflade. Ved en tæt af-20 slutning af den ringformede spalte ved hjælp af en simpel ringformet forløbende tætning kan trykdifferensen mellem kug-1ehaneventi1ens to sider opbygges, hvorved det svømmende lejrede kuglelegeme presses mod hustætningsfladen og det metalliske primærtætningssystem kan træde i kraft.

25

Ifølge opfindelsen kan to tætningsringe på fordelagtig måde med aksial afstand til hver sin side af sporet være indrettet i området af hustætningsfladen. Denne udførelsesform muliggør en afprøvning af den tætte tillukning af den ringformede spal-30 te mellem husfladen og kuglelegemets sfæriske periferif lade ved hjælp af hjælpetætningen i åben stilling af kuglehaneven-tilen og dermed en konstant afprøvning af hjælpetætningssystemets funktionsdygtighed via udluftningssystemet.

35 For at gøre anvendelsen af afspærringsarmaturet ifølge opfindelsen uafhængig af strømningsretningen, kan ved en yderligere udførelsesform ifølge opfindelsen de ved begge rørstudsene

DK 163373 B

6 hosliggende sfærisk, krumme husinderf1 ader hver være indrettet som hustætningsflader med koaksiale ringformet forlobende spor, der strækker sig symmetrisk i forhold til et i kuglelegemets omskifterakse liggende og i forhold til rørstudsenes 5 akse vi nkelret_pi an.

Ifølge opfindelsen egner hjælpetætningssystemet sig også som del af et eftertætningssystem til primærtætningen ved skader.

Til dette formål er ifølge opfindelsen en elastisk deformerbar 10 ring indrettet i en husringskanal radialt bag tætningsringen og er ved hjælp af en i huskanalen udmundende trykmiddel 1ed-ning udefra påvirkelig med et plastisk deformerbart tætningsmiddel. Ved denne udførelsesform er tætningsmiddelkanalen beskyttet mod indtrængning af faststofpartikler ved hjælp af 15 hjælpetætningsringene og de elastisk deformerbare ringe. Det plastiske tætningsmiddel forhøjer anpresningskraften mellem hjælpetætningsringene og kuglelegemet. Huskanalen er fortrinsvis forsynet med et langs med kanalbunden sig koncentrisk strækkende spor, hvori trykmiddelledningen udmunder.

20

Opfindelsen opfylder derved alle krav til den uindskrænkede anvendelse af afspærringsarmaturet ved drift af højtryksledninger og anlæg: 25 a) primærtætningssystemet umiddelbart mellem hustætningsfla den og det svømmende lejrede kuglelegemet er et afprøvet, simpelt og robust tætningssystem med høje anpresningskræfter og minimale bevægelige indbyggede dele; 30 b) først og fremmest ved slidstærk belægning af kuglelegemet og hustætningsfladerne er friktionskræfterne og momenterne for kuglelegemet så små, at en håndbetjent omskiftning er mulig; c) primærtætningssystemet kan gøres praktisk taget resistent 35 over for temperaturpåvirkning; d) kugiehaneventi1 en kan have et frit tværsnit svarende til ti 1 si utni ngsdi ameteren;

DK 163373 B

7 e) det i hustætningsf laden integrerede udluftningssystem muliggør en pålidelig aflastning af den tætte aflukning i funktionsstillingen under drift; 5 f) tætningselementerne er resistente over for påvirkninger fra faststofpartikler såvel som erosion tilvejebragt af væskeformede eller gasformede medier; g) ved hjælp af de elastisk lejrede hjælpetætningsringe er 10 kravene til fremsti 11 ingstolerancerne og dermed fremstillingsomkostningerne minimeret; h) afprøvning af hjælpe- eller sekundærtætningssystemet i åben stilling af kugiehaneventi 1 en; 15 i) monterings- og venteomkostninger er minimeret og tilpasningsmulighederne til sideplacerede indretninger er optimeret, og 20 j) funktionselementer til et eftertætningssystem er allerede indeholdt i hjælpetætningssystemet.

Opfindelsen forklares nedenfor under henvisning til tegningen, hvor 25 fig. 1 viser et vandret aksialsnit gennem kuglehaneventilen langs linien I-I i fig. 2, og hvor kuglelegemet i den venstre figurhalvdel ses i åben stilling og i den højre figurhalvdel er drejet 90° til lukkestillingen, 30 fig. 2 et snit langs linien II-II i fig. 1, set på samme måde som i fig. 1, og fig. 3 i forstørret målestok udsnittet A i fig. 1 til anskue-35 liggørelse af blokerings- og udluftningsindretningen.

Den i fig. 1 og 2 viste kuglehaneventi1 omfatter et fuldsvejst hus 1, et i dette svømmende lejret kuglelegeme 2, et bloke-

DK 163373 B

8 rings- og udi uftningssystem (udsnit A) og en gennem huset af-tætnet ført omskifteraksel 3 til betjening af kuglelegemet 2.

Huset er forsynet med to koaksiale rørstudse 4 og 5 med inder-5 tværsnit svarende til tilslutningsdiameteren. Kuglelegemet 2 har en boring 6 med tværsnit svarende til diameteren af rørstudsene 4 og 5. Et i huset ringformet forløbende spor 7 med en diameter svarende til boringsdiameteren af kuglelegemet 2 udmunder ved den nedre ende i en husudtømningsledning 8. I om-10 skifterakselens gennemføring er indrettet et tætningssystem 9, som er indrettet til at kunne tåle ledningstrykket.

I den både i fig. 1 og 2 på den venstre side af figurerne viste åbne stilling af kuglelegemet 2, hvor kuglelegemeboringen 15 6 og de ved tilstrømnings- og afstrømningssiderne værende rør studse 4 og 5 er rettet ind med den centrale husaksel 10, er der et bestemt indbygningsspillerum mellem den sfæriske hus-inderflade 11 og den sfæriske periferiflade 12. Spillerummet er i den venstre halvdel af figurerne 1 og 2 vist overdrevent 20 tydeligt. Oisse sfæriske flade 11 og 12 danner som vist i den højre halvdel af figurerne 1 og 2 såvel som i fig. 3 under drift af afspærringsarmaturet 1 det om aksen 10 koncentrisk forløbende primærtætningssystem. De høje anpresningskræfter, opstået på grund af trykforskel mellem den til venstre på teg-25 ningen værende højtryksside og den til højre på tegningen ved huset l's rørstuds værende lavtryksside tilvejebringer en gennemstrømningstæt aflukning langs den ved afstrømningssiden ringformede hustætningsflade 11.

30 I området af hustætningsfladen 11 er i en ringformet ansats 22 på husvæggen 7 tildannet et ind mod husinderrummet åbent ringformet spor 13, som ved den viste udførelsesform deler hustætningsfladen i midten af dens periferisektor. Fra dette ringformede spor 13 udgår en kontrolledning 14 fra et udluftnings-35 system, hvorfra kun en ventil 15 er vist skematisk. Sporet 13 og kontrolledningen 14 skal ved et ifølge opfindelsen korrekt lukket primærtætningssystem være trykløst i området af hustætningsfladen 11.

DK 163373 B

9

Med afstand til hver side af det ringformede forløbende spor 13 er der i ringformede kanaler 16 indbygget tætningsringe 17, der hver ved hjælp af en mod huset afstøttet trykring af elastisk deformerbart materiale trykkes elastisk mod kuglelege-5 met 2's periferiflade 12. De to indlagte tætningsringe 17 danner et hjælpe- henholdsvis sekundærtætningssystem, som aflukker afspærringsarmaturet tæt i dettes driftsstilling, før en trykforskel mellem tilstrømnings- og afstrømningssiderne er opbygget, og kuglelegemet 2 er drejet aksialt til den i den 10 højre halvdel af fig. 1 og 2 viste 1ukkestiΠing. Efter opbygningen af trykforskellen og den metalliske aftætning umiddelbart mellem kuglelegemet 2 og armaturhuset 1 er hjælpe- eller sekundærtætningssystemet 17, 18 uden betydning.

15 Hvis det metalliske primærtætningssystem langs hustætningsfladen li svigter, kan aflastning via udluftningssystemet 13, 14, 15 bringe et i fig. 1 skematisk vist sporaftætningssystem 20 i funktion. Hertil hører en trykmiddelkanal 21, der er ført gennem huset 1 og udmunder bag ringene 18 i de tilhørende ring-20 formede kanaler 16, og igennem hvilke trykmiddelkanaler 21 et plastisk deformerbart og i øvrigt i handelen værende tætningsmiddel udefra kan presses ind i hjælpetætningssystemets kamre 16. Langs kanalbunden er tildannet et rundtgående spor 26 (fig. 3) i husvæggen, og hvori trykmidlet med en stor fri an-25 grebsflade kan fordeles bag ringene 18. Trykmiddelkanalerne beskyttes mod indtrængning af faststofpartikler ved hjælp af hjælpesystemets tætningsringe 17, 18. Det plastiske tætnings-middel forhøjer anpresningskraften mellem tætningsringene 17 og kuglelegemet 2, henholdsvis dettes sfæriske periferiflade 30 12.

Huset 1 er ved den viste udførelsesform til begge sider udformet symmetrisk i forhold til et omskifteraksen indeholdende og retvinklet på husaksen 10 stående plan. Desuden er der ved 35 begge rørstudsene 4 og 5 indrettet ringformede, sfæriske hustætningsflader li, der afhængigt af retningen af trykfaldet virker, når kuglelegemet 2 er i funktionsstillingen. Primær-

Claims (9)

1. Afspærringsarmatur i form af en kuglehaneventi 1, hvori der 20 i et hus (1) omfattende rørstudse (4,5) ved tilstrømnings- og afstrømningssiden er lejret et kuglelegeme (2), som kan drejes via en omskifteraksel (3), og hvor der i afspærringssti 11 i ngen dannes et metal-metal primærtætningssystem ved afstrømningssiden mellem kuglelegemets (2) sfæriske periferiflade og huset 25 (1), idet primærtætningssystemet strækker sig i hovedsagen koncentrisk om rørstudsenes akse (10) og er delt ved hjælp af et ringformet spor (13), som strækker sig koncentrisk om rørstudsenes akse (10), i hvilket spor (13) der udmunder et udluftningssystems kontrolledning (14), som er ført gennem hus-30 væggen, kendetegnet ved, at kuglelegemet (2) er svømmende lejret og er indrettet til i afspærringsstillingen, når der opbygges trykforskel mellem tilstrømning og afstrømningssiden med sin sfæriske periferi flade under dannelse af primærtætningssystemet at trykkes mod en komplementær krummet, 35 ringformet hustætningsflade (11), hvori det ringformede spor (13) er udformet. DK 163373 B 11

2. Afspærringsarmatur i form af en kuglehaneventi1, hvori der i et hus (1) omfattende rørstudse (4, 5) ved tilstrømnings- og afstrømningssiden er lejret et kuglelegeme (2), som kan drejes via en omskifteraksel (3), og hvor der i afspærringssti11 ingen 5 dannes et metal-metal primærtætningssystem ved afstrømningssiden mellem kuglelegemets (2) sfæriske periferiflade og huset (1), idet primærtætningssystemet strækker sig i hovedsagen koncentrisk om rørstudsenes akse (10) og er delt ved hjælp af et ringformet spor (13')» som strækker sig koncentrisk om rør-10 studsenes akse (10), i hvilket spor (13') der udmunder et udluftningssystems kontrolledning (14), som er ført gennem husvæggen, kendetegnet ved, at kuglelegemet (2) er svømmende lejret og er indrettet til i afspærringssti 11 ingen, når der opbygges trykforskelle mellem tilstrømnings- og af-15 strømningssiden med sin sfæriske periferiflade under dannelse af primærtætningssystemet at trykkes mod en komplementær krummet, ringformet hustætningsflade (11), og at det ringformede spor (13') er udformet i kuglelegemets (2) sfæriske periferiflade og i afspærringsstillingen afdækkes fuldstændig af 20 den ringformede hustætningsflade (11).

3. Afspærringsarmatur ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at kuglelegemet (2) og hustætningsfladen (11) er forsynet med en slidstærk belægning, som minimerer friktions- 25 kræfterne.

4. Afspærringsarmatur ifølge et eller flere af kravene 1-3, kendetegnet ved, at mindst en elastisk og/eller elastisk lejret tætningsring (17, 18) er indbygget koncentrisk 30. forhold til rørstudsenes akse (10), i området af hustætningsfladen (11), og med afstand til sporet (13) på en sådan måde, at den aflukker en på grund af fremsti 1lingstolerancer og/eller lejespil af det svømmende lejrede kuglelegeme (2) dannet spalte mellem hustætningsfladen og kuglelegemets peri-35 feriflade (12) til ikrafttræden af primærtætningssystemet (11, 12). 12 DK 163373 B

5. Afspærringarmatur ifølge krav 4, kendetegnet ved, at to tætningsringe (17, 18) med aksial afstand til hver sin side af sporet (13) er indrettet i området af hustætningsfladen (11). 5

6. Afspærringsarmatur ifølge et eller flere af kravene 1-5, kendetegnet ved, at de ved begge rørstudsene (4, 5) hosliggende sfærisk, krumme husinderflader, hver er indrettede som hustætningsflader (11) med koaksiale, ringformet for- 10 løbende spor (13), der strækker sig symmetrisk i forhold til et i kuglelegemets (2) omskifterakse liggende og i forhold til rørstudsenes akse (10) retvinklet plan.

7. Afspærringsarmatur ifølge et eller flere af kravene 1-6, 15 kendetegnet ved, at en elastisk deformerbar ring (18) er indrettet i en husringskanal (16) radialt bag tætningsringen (17) og afstøttes mod kanalbunden.

8. Afspærringsarmatur ifølge et eller flere af kravene 4-7, 20 kendetegnet ved, at tætningsringen (17, 18) er lej ret i en huskanal (16) og ved hjælp af mindst en i huskanalen (16) udmundende trykmiddelledning (21) til dannelse af et sporaftætningssystem påvirkes af et plastisk tætningsmiddel. 25

9. Afspærringsarmatur ifølge krav 8, kendetegnet ved, at huskanalen langs med kanalbunden er forsynet med et koncentrisk spor (26), hvori trykmiddel ledningen (21) udmunder. 30 35