FI58010C - Klotventil - Google Patents

Description

KUULUTUSJULKAISU c Q Γΐ Ί Π JWH® LBJ ν') UTLAGG N I NGSSKRI FT 5 801 0 C /4« Patentti myönnetty 10 H 1930 Patent oeddelat ^ ^ ^ (51) Kv.lk.3/lnt.CI.3 P 16 K 5/06 SUOMI —FIN LAND (21) Pw*nttlh.k#rou«-rtt*«»n.<*n»ni 2368/7^

(22) HtkwnlspiWt — An*eknln|*dtf O8.O8.7H

(23) Alkupaivs—Glltlgh«tad«g 08.08.7^ (41) Tulkit |ulklMk»l — Bllvlt effwtllg 05.03.75

Patentti· ja rekisterihallitus .... .... . , . .,,, _ ' (44) NiktfvikdpMon ]«kuuUulkulauii pvm. —

Patent- och registerstyrelsan Anteku utiagd utUkriften pubiicartd 31.07.80 (32)(33)(31) h7^***y •tueikuu»—Begird prioritut 01+.09.73 USA(US) 39^037 _ (71) Celanese Corporation, 1211 Avenue of the Americas, New York, N.Y., USA(US) (72) Thomas J. Wrasman, Louisville, Kentucky, USA(US) (7^+) Oy Kolster Ab (510 Palloventtiili - Klotventil

Keksinnön kohteena on palloventtiili, jossa on venttiilipesä, joka on valmistettu yhtenä kappaleena valettavasta ei-metallisesta materiaalista ja varustettu muhveilla varustetuilla sisään- ja ulostuloilla putkiliitosten yhdistämiseksi venttiilipesän kunniallekin puolelle, ja venttiilipesään kiertyvästä laakeroitu, pallonmuotoinen ventti ilinsulkue1in, joka on varustettu läpikulkevalla lieriömäisellä kanavalla ja on liikkuva avoimen asennon, jossa venttiilipesän sisään- ja ulostulo ovat kanavan kanssa suorassa linjassa ja lukitun asennon välillä, jossa kanava venttiilirungossa ei ole venttiilipesän sisään- ja ulostulon kanssasuorassa linjassa.

Palloventtiilejä käytetään yleisesti kaikentyyppisissä nestevirtauksen vdvcn-taan liittyvissä sovellutuksissa. Palloventtiilien saavuttama suosio riippuu huomattavalta osalta niiden helppokäyttöisyydestä sekä avautumis- ja sulkeutu-mi sncpeude s ta. Ja lisäksi, koska palloventtiilien tehdään hyvin usein muovista, niitä voidaan käyttää monissa sellaisissa prosesseissa, joissa käsitellään erilaisia syövyttäviä nesteitä.

Jo entuudestaan tunnettujen palloventtiilien eräänä varsin huomattavana varjopuolena on kuitenkin se, että niissä käytetään erillisiä tiivistysrenkaita palloventtiilin pesässä. Tällaiset erilliset tiivistysrenkaat, jotka nostavat palloventtiilin valmistuskustannuksia ja tekevät sen rakenteeltaan monimutkai- 2 58010 seksi, voivat lisäksi aiheuttaa vuotoja venttiilissä tiiviste-elementtien kuluessa loppuun. Käytettäessä erillisiä pallomaisen sulkuelimen tiivisteosia vuoto voi syntyä kahta eri tietä: sulkuelimen ja tiivisteen välistä sekä tiivisteen ja venttiilin runko-osan välistä.

Erillisillä, venttiilipesässä sijaitsevilla sulkuelimen tiivistys-renkailla varustettujen palloventtiilien toisena varjopuolena voidaan mainita, että renkaat voivat siirtyä pois paikaltaan joko nestevirtauksen tai sulku-elimen pyörimisen vaikutuksesta.

Palloventtiilien pesässä käytetyt tiivisteosat tai -istukat estävät vuodon ja/tai pitävät pallon paikallaan kumoamalla nestevirran paineen puristuksen avulla. Tiivisteosina yleisimmin käytettyjä materiaaleja ovat elastomeerit 1. kinmcmuovit ja fluoratut hiilivetyvalmisteet, ts. Teflon. Vaikkakin näitä molemmat materiaaliryhmät kestävät puristusvoimaa ne voivat kuitenkin murtua. Fluoratut hiilivetyhartsit pyrkivät nimittäin vetäytymään kieroon, kun ne joutuvat olemaan pidennän aikaa vaikuttavan puristusvoiman alaisina kylmässä virtauksessa. Vastaavasti elastomeerit kovettuvat pysyvästi samanlaisissa olosuhteissa. Kieroon vetäytyneet fluoratut hiilivetytiivisteet ja pysyvästi kovettuneet elastcmeeritiivisteet alkavat sitten helposti vuotaa.

Vuotava palloventtiili on joko korjattava vaihtamalla siihen uudet tiiviste-elementit tai se en vaihdettava sitten kokonaan. Monissa rakenteissa tiivisteosia ei voida vaihtaa erikseen, vaan tällöin joudutaan uusimaan keko venttiili. Kulmassakin tapauksessa venttiilin ohjaaman kanavan virtaus joudutaan katkaisemaan, mikä ao. sovellutuksesta riippuen voi tulla hyvinkin kalliiksi.

Palloventtiilien tiiviste-elementteihin liittyviä kysymyksiä käsitellään US-patentissa 3 271 845. Siinä koskevat asiat liittyvät menetelmään, jolla valmistetaan sellainen palloventtiili, jolla pystytään poistamaan tiivisteosien sijoittamiseen venttiiliin liittyvät vaikeudet. Tämä kysymys onkin saanut ratkaisunsa po. patentissa, mutta lopullisessa venttiilissä käytetään kuitenkin vielä erillisiä tiivisteosia. Näin ollen em. keksinnön edellyttämä venttiili vastaa aikaisempia venttiilejä siinä, että palloventtiilin pesässä käytetään edelleenkin tiiviste-elementtejä.

Nyt en sen sijaan todettu, että pystytään valmistamaan sellainen pallo-venttiili, jossa ei tarvita erillisiä tiivisteosia. Venttiili on tästä huolimatta saatu aikaisempaan rakenteeseen verrattuna kuitenkin tiivisty sctninaisuuk-siltaan parentnaksi. Näin ollen on pystytty eliminoimaan probleemat, jotka liittyvät elastcmeeritiivisteisiin, tiivisteiden pysyvään kovettumiseen, fluori-hiilivetytiivisbeisiin ja tiivisteen vääntymiseen puristuksen vaikutuksesta.

Tähän on päästy keksinnön mukaisella palloventtiilillä, jolle en tunnusomaista se, että sulkuelin ainakin lieriönmuotoisen käytävänsä toisessa päässä on varustettu pääasiallisesti tasomaisella pinnalla, joka sijaitsee kanavan kehän ja sulkuelimen pinnan ja tasomaisen pinnan leikkauskehän välissä, ja että vent-tiilipesä on valmistettu 3 58010 yhtenä kappaleena ja varustettu vähintään yhdellä huulitiivisteellä, joka venttiilin auki-asennossa kulkee säteettäisesti sisäänpäin tasomaisen pinnan ulkokehän ohi. Tällä yhtenäisellä rakenteella venttiili on saatu kestävämmäksi vuotojen syntymistä vastaan. Lisäksi se kestää kauenmin käytössä. Venttiilin kulutuskestävyys on myös parantunut taivutustiivisteen erikoisrakenteen ansiosta, koska po. tiivisteeseen kohdistuu tällöin pienempi kuormitus kuin puris-tustiivisteeseen. Tästä johtuen tiiviste vääntyy vähennän kylmän nestevirtauksen kohdistuessa siihen.

Keksinnön ymmärtämisen helpottamiseksi viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on pystykuva keksinnön raukaisen palloventtiilin eräästä suositeltavasta suoritus- 1. rakennemuodosta, kuvio 2 on poikkileikkaus kuvion 1 linjaa 2-2 pitkin palloventtiilin sulku-^ elimen ollessa auki, kuvio 3 on poikkileikkaus kuvion 1 linjaa 3-3 pitkin palloventtiilin sulkuelimen ollessa kiinni, kuvio 4 on poikkileikkaus kuvion 1 linjaa 4-4 pitkin ja esittää venttiiliä suljettuna, kuvio 5 on poikkileikkaus sulkuelimestä kuvion 3 linjaa 5-5 pitkin, kuvio 6 on osittainen päätykuva kuvion 2 eräästä kohdasta ja havainnollistaa sulkuelimen ja pesä tiivisteen välistä tiivistystä sulkuelimen ollessa auki, kuvio 7 on osittainen päätykuva kuvion 3 eräästä kohdasta ja havainnollistaa sulkuelimen ja pesätiivisteen välistä tiivistystä sulkuelimen ollessa kiinni, ja kuvio 8 esittää kuvion 1 mukaisen palloventtiilin osia irrotettuina.

' Keksinnön mukaisen palloventtiilin eräs edullinen rakennemuoto an mer kitty numerolla 1. Venttiiliin 1 kuuluu pesä 2, jossa on pari lieriönmuotoisia osia 3 ja 5, jotka muodostavat putkiin (eivät näy kuvassa) liittyvät tulo- ja poistolaitteet venttiilin 1 liittyessä toiminnallisesti näihin putkiin. On huomattava, että vaikka osat 3 ja 5 an liitetty mieluimmin kiinteästi pesään 2, ne voivat vaihtoehtoisesti olla erillisiä,pesään kiinnitettyjä osia niiden lisät-tämisen tapahtuessa esim. kierremuttereilla tai vastaavilla. Kuten alan asiantuntijat tietävät, lieriöosat 3 ja 5 voidaan varustaa joko sisä- tai ulko-kierteillä (ei näy kuvassa) niiden yhdistämiseksi venttiilin liittyviin johtoihin. Lieriöosat 3 ja 5 voidaan kiinnittää putkiin myös joko hitsaamalla, laipoilla tai muulla tavalla.

Pesässä 2 on myös siihen liittyvä runkotiivisteosa 7 lieriöosien 3 ja 5 välissä. Tiivisteosassa 7 on uloke, jota selostetaan yksityiskohtaisesti myöhennän.

Pesässä on pyörivä pallomainen sujkuelin 9, jossa on pyöreä aukko 11.

4 58010

Aukko an yhteydessä lieriöosiin 3 ja 5 sulkuelimen ollessa auki. Varsi 13 yhdistää sulkuelimen 9 käsivipuun myöhenmin selostettavalla tavalla. Kuvien esittämässä suositeltavassa rakennemuodossa varsi 13 ja sulkuelin 9 liittyvät kiinteästi toisiinsa. Kuvioissa esitetty suositeltavan rakennemuodon mukainen sulkuelin- ja varsiyksikkö on merkitty numerolla 10.

Sulkuelimen 9 erikoispiirteenä on sen pyöreästä poikkeava muoto kuvassa numerolla 15 merkityssä pinnan osassa. On huomattava, että pintaa 15 lukuunottamatta muu osa sulkuelimestä 9 on pallomainen sen kiettoakselin 16 ympärillä. Kuitenkin pinta 15, joka sijaitsee pyöreän suuaukon 11 kehän 12 vieressä, on pääasiassa tasainen sekä yhdensuuntainen kiertoakselin 16 kanssa. Pintaa 15 rajaavat kehä 12 ja ulkchalkaisija 14. Pinnan 14 ei tarvitse käytännössä olla aivan tasaisena, koska se ulkokehältään 14 voi olla hieman uvöristettv sulkuelimen 9 pyörimisen helpottamiseksi.

Sulkuelin 9 on sijoitettu pesän 2 tiivisteosaan 7. Eräässä edullisessa rakennemuodossa tämä on saatu aikaan siten, että varsi- ja sulkuelinosa 10 on pantu muottiin, johon on ruiskutettu sulaa muovia. Ao. muotti on tällöin muotoiltu siten, että se muodostaa pesän 2. Cn selvää, että tämän valmistustavan avulla sulkuelin- ja varsiyksikkö 10 saadaan sopimaan erittäin hyvin pesään 2.

Sulkuelin- ja varsiyksikköä 10 käännetään kädensijasta 20, joka välittää edelleen laitteen käyttäjän siihen kohdistaman kääntövoiman. Varsi liittyy kädensijaan kiilaosalla 17, joka on varren 13 yläpäässä. Kiilaosa menee käden-sijan 20 pohjapinnassa olevaan, sopivalla tavalla muotoiltuun osaan (ei näy kuviossa) . Kädensijassa 20 on myös kaareva ohjausaukko 22. Pesän 2 uloke 24 menee ohjausaukkoon 22 estäen kädensijan kääntymisen yli 90°.

Vaikkakin palloventtiili 1 voidaan valmistaa mistä tahansa sopivasta materiaalista, siihen suositellaan kuitenkin muovia, varsinkin pesään 2. Ruisku-puristusmenetelmä sopii erittäin hyvin pesän 2 valmistamiseen. Tällöin pesä saadaan lisäksi kestämään niitä nesteitä, joiden kanssa venttiili joutuu kosketukseen. Pesän 2 valmistamiseen sopivat muovimateriaalit kestävät happoja, emäksiä ja muita sellaisia aineita, joita saattaa esiintyä pääventtiilillä ohjattavissa nesteissä. Muovipesä on edullisin myös vedelle, joka on yleisimmin käytetty neste, koska se ei syövy veden vaikutuksesta. Pesän 2 valmistamiseen suositetaan muovia, joka kuuluu seuraaviin ryhmiin: polyolefiinit, epoksidit, akryylinitriili butadeenistyreeni, nailcnit, akryylit, polyasetaalit, polyvinyylirnuovit ja polystyreenit. Pesän 2 valmistamiseen suositetaan näistä etenkin polyvinyyli-kloridia.

Kuten jo edellä mainittiin, venttiili on edullista valmistaa ruiskuttamalla sulaa muovia muottiin, joka on tehty pesän 2 muotoa vastaavaksi. Sulkuelimen 9 5 58010 muoto on luonnollisesti huomioitu valumuotissa. Erään toisen suositeltavan rakennemuodon mukaan myös sulkuelin 9 valmistetaan sopivasta muoviaineesta. TSllöin se on edullista valmistaa polyasetaaleihin kuuluvasta materiaalista. Eräässä suositeltavassa rakennemuodossa käytetään polyasetaaleihin kuuluvaa Cdscnia (Celcon), joka on erään polyoksimetyleenikopolymeerin tavaramerkki.

Kuten alan ammattimiehet tietävät, Celcon on oksimetyleenin ja eteenin kopoly-meeri 1. sekapolymeeri. Sulkuelimen 9 valmistamiseen suositetaan myös kloorattua polyvinyylikloridia.

Nyt on kuitenkin huomattava, että vaikka muovia suositetaankin sulku-elimen 9 valmistamiseen, se voidaan tehdä myös metallista edellyttäen, että tällöin käytettävä metalli on syöpymätöntä. Lisäksi on huomattava, että vaikka varsi 13 liittyy kiinteästi sulkuelimeen 9 kuvien esittämässä, suositettavassa rakennemuodossa, ts. osa 10, varsi 13 voidaan liittää tulppaan myös erillisenä esimerkiksi siten, että varren päähän tehdään kierteet, jotka yhdistetään sitten tulpan yläpäähän tehtyyn kierrereikään. Lisäksi on huomattava, että käytettäessä kaksiosaista sulkuelin- ja varsiyksikköä sulkuelin ja varsi on paras valmistaa samasta muovista.

Palloventtiilin 1 toiminta tapahtuu siten, että käännettäessä kädensijaa 20 akselin 16 ympäri kääntöliike siirtyy varren 13 kautta sulkuelimeen 9, joka siirtyy aukiasentoonsa, jolloin palloventtiilikin on auki. Tämä asento nähdään kuviossa 2. Kun sulkuelintä 9 käännetään 90°, venttiili avautuu kokonaan. Kuvio 3 esittää sulkuelintä 9 suljettuna. Palloventtiili 1 nähdään suljettuna myös kuviossa 4, jossa sulkuelimen 9 suuaukko 11 on kohtisuorassa virtaussuuntaan nähden.

Kun on kysymys venttiilin avaamisesta ja sulkemisesta, eräs ratkaiseva piirre liittyy tällöin laitteeseen, jolla venttiili, jonka pesässä 2 ei ole - erillistä tiivisteosaa, saadaan tiiviiksi. Tällöin on nimittäin kiinnitettävä huomio sulkuelimen 9 pintaan 15 ja uloketiivisteeseen 6, joka on osa runkotiivis-taosaa 7. Kuten kuviosta 2 ja etenkin kuviosta 6 voidaan nähdä, ulcketiiviste 6 suuntautuu säteittäisesti sisäänpäin pinnan 15 ulkokehän 14 yli. Ao. kuvissa esitetyllä tavalla uloketiivisteosa 6 ulottuu siis sulkuelimen pinnan 15 sisä-kehän 12 ja ulkokehän 14 väliin. Tässä yhteydessä on aiheellista mainita, että on tärkeätä, että uloketiiviste 6 suuntautuu sisäänpäin ulkokehän 14 yli. Se etäisyys jota vastaavan määrän uloketiiviste 6 ulottuu ulkokehän 14 yli, on uloketiivisteen 6 tarvitseman taipumismäärän funktio vuotamattoman tiivistyksen aikaansaamiseksi. Näin ollen uloketiiviste 6 voi tarvittaessa ulottua sulku-elimen sisäkehään 12 esti.

Teoreettisena perusteluna sille vaatimukselle, että uloketiivisteen 6 on ulotuttava sulkuelimen ulkokehän 14 yli, on se, että uloketiivisteen 6 6 5 801 0 on oltava taivutettu ulospäin, jotta saadaan aikaan tietty voima uloketiivisteen 6 ja tulpan 9 väliin. Juuri tämä voima tarvitaan vuodon estämiseen, sillä se kestää nestevirran aiheuttaman paineen.

Tätä teoriaa havainnollistetaan kuviossa 7. Uloketiivisteeseen kohdistuva voima saa aikaan sen, että taipuisa uloketiiviste 6 pullistuu ulospäin. Tällöin kuviossa 7 numerolla 26 merkitty kohta on ainoa sulkuelimen 9 ja uloketiivisteen 6 välinen kosketuspinta. Tämän kosketuksen havainnollistamiseksi vielä selvemmin kosketuspiste 26 on esitetty myös kuviossa 6. Kuviot 6 ja 7 esittävät kuitenkin vain osaa ao. kohdasta. Kuvio 6 esittää sulkuelintä 9 tämän ollessa avoinna, kun sen sijaan kuviossa 7 venttiili nähdään suljettuna.

Edellä esitetyllä on tahdottu painottaa sitä, että palloventtiilillä aikaansaatava tiiviys johtuu uloketiivisteen 6 taipumiscminaisuuksisto. Lisäksi useimmissa paineolosuhteissä suurin vuotovastus esiintyy pallomaisen sulkuelimen menopuolella. Sen tulopuoli on kosketuksessa sen nesteen kanssa, joka painaa menopuolen uloketiivistettä 6 vasten, mikä ensisijaisesti estää vuotamisen. Toisaalta, kun venttiiliä käytetään sellaisessa nestevirrassa, jonka paine on ilmakehän painetta alhaisempi uloketiivisteen 6 taivutusvoima sulku-venttiilin 9 tulopuolta vasten estää ensisijaisesti vuotamisen.

Vielä on huomattava, että pinnan 15 jäädessä pois syntyy tilanne, joka vastoa sellaista rakennetta, jossa uloketiiviste 6 ulottuu ainoastaan sulku-elimen 9 pinnan 15 ulkokehään 14 kuvien esittämällä tavalla. Tässä tapauksessa ja samoin myös silloin, kun ei lainkaan ole pintaa 15, joka liittyisi sulkuelimen pyöreään muotoon, uloke ei toivu, kun sulkuelin menee kiinni. Tästä johtuen uloke ei purista sulkuelimeen lainkaan mistä on taas seurauksena huono tiivistysteho etenkin alhaisilla paineilla.

Kuitenkin on yksi poikkeus siihen vaatimukseen, että uloketiivisteen 6 on ulotuttava pinnan 15 ulkokehän 14 yli, toi vaihtoehtoisesti, ettei pintaa 15 ole lainkaan. Tällöin on kysynyksessä sellainen tapaus, että sulkuelin 9 on täysin virheetön pallo, koska vuotokanavaa ei näin ollen juuri pääse syntymään. Tällainen tilanne on luultavasti kuitenkin hyvin epätodennäköinen, joten uloke-tiivisteeseen liittyvä pinta en välttämätön.

Edellä esitetty selostus venttiilin tiivistyslaitteesto venttiilin ollessa suljettuna ei luonnollisesti päde siinä tapauksessa, että venttiili en auki. Venttiilin ollessa auki uloketiiviste 6 ei ole toipunut ulospäin, joten se ei puristu sulkuelimeen lainkaan. Näin ollen, kun venttiili on auki, uloketiivisteeseen ei kohdistu mitään rasitusta. Tästä johtuen uloketiiviste ei pääse vääntymään kylmän nestevirtouksen vaikutuksesta venttiilin ollessa auki (kylmää virtausta ei esiinny ilman kuormitusta). Tämän vuoksi uloketiivisteet kestävät vielä kauemmin.

Koska venttiilin ollessa auki uloketiiviste ei lainkaan puristu sulku-elimeen, voi olla mahdollista, että hyvin pieni osa virtausta pääsee vuotoinaan 7 58010 rungon tiivisteosan 7 uloketiivisteen 6 ja sulkuelin- ja varsiyksikön 10 välistä. Tällaisen mahdollisen vuodon estämiseksi tiivisteosa - mieluinmin 0-rengas 19 - on järjestetty varteen 13. Nyt onkin huomattava, että tähän 0-renkaaseen 19 kohdistuu paljon vähennän puristusvoimaa ja kitkaa kuin tiivisteosaan, jos tällainen tiiviste sijoitetaan pesän sisäpuolelle. Tästä syystä 0-rengas ei ala vuotaa niin helposti kuin nestevirtaukseen järjestetyt erilliset tiivisteosat, koska virtaus kohdistuu näihin koko paineellaan. Varteen tiivisteeksi kiinnitetty 0-rengas on lisäksi helppo vaihtaa. Tämä tapahtuu irrottamalla kädensija ja panemalla uusi 0-rengas kuluneen tilalle.

*