FI61239C - Anordning vid ventiler med vridbar ventilkropp - Google Patents

Description

- Γβ1 „„ KU ULUTUSJULKAISU

[] ( 1) UTLÄGGNINQSSKRIFT 612 39 C Patentti nycnnetty 10 06 1932 (^5) Patent meddelat (51) Kv.lk?/lnt.CI.3 F 16 K 5/06 SUOMI —FINLAND (21) Nt«nnlh»k*rm« —fW*ttn»ötcnln| 35W71* (22) Htkumitpilv» — An*eknlnpd«| 09-12.7^

' ' (23) Alkupllvl — GHtlfhetadag 09.12.7U

(41) Tullut luikituksi — Bllvlt offuntllg 11.0 6. 7 5

Patentti- ja rekisterihallitus .... . __ . .....

... ' . (44) NihtlvSktlptnen |t kuuLJullultun pvm. —

Patent- och registerstyrelsen ' ' Araöktn utltgd och utUkriften pubiktrtd 26.02.82 (32)(33)(31) Pyydetty «tuolkuu* — Bugird priorltut 10.12.73

Ruotsi-Sverige(SE) 7316611-8 (71) Saab-Scania Aktiebolag, S-5Ö1 88 Linköping, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Sten Göran Stake, Linköping, Per-Arne Emanuel Lundström, Ljungsbro,

Ruotsi-Sverige(SE) (7U) Leitzinger Oy (5U) Laite kierrettävällä venttiilirungolla varustetuissa venttiileissä -Anordning vid ventiler med vridbar ventilkropp

Seuraava keksintö koskee laitetta sellaisissa venttiileissä, joissa on virtauskanavaan kiertyvästi järjestetty venttiilielin, jonka kehä muodostuu pyörähdyskuviosta, jolla ensisijaisesti on pallon muoto ja joka on järjestetty yhteistoiminnassa virtauskanavan ympärikulkevan istukkaelimen kanssa, vähintäin venttiilirungon toisella sivulla sulkemaan tai avaamaan virtauskanavan, jolloin mainitut, yhdessä toimivat osat ovat valmistetut kovasta metallisesta aineesta ja muodostavat vähintäin yhden parin yhdessä toimivia tiivistyspintoja, jotka ovat puristetut toisiaan vasten ja venttiilielintä ympärikierrettäes-sä suorittavat pyörivää-liukuvaa, suhteellista liikettä aikaansaaden korkean keskinäisen ominaiskosketuspaineen.

Keksintö on siis sovellettavissa jo kauan sitten käytössä olleeseen sulkuelinryhmään, joka käsittää kaikki muodot hanaventtiileistä ja kiertoläppäventtiileistä. Keksintö koskee eritoten tärkeätä, tähän ryhmään kuuluvaa palloventtiiliä, jossa venttiilielimen pallomaiseksi muotoiltu vaippapinta tavallisesti lepää kosketuksessa kahta, molemmin puolin kiertoakselia sijaitsevaa istukkarengasta vasten, joilla on kuppimaiset tiivistyspinnat, jotka seuraavat venttiilielimen pallomaista muotoa.

2 61239

Kauan sitten olemassa ollut pulma näissä venttiileissä on kiinnileik-kautuminen istukkapinnan ja vaippapinnan välillä. Erikoisen vaikeaksi tulee pulma korkeissa käyttölämpötiloissa, mikä silloin, kun väliaine on tulistettua höyryä, voi nousta 400°C:een ja sen yli. Mitään ei-me-tallista tiivistemateriaalia, joka sopii tässä esiintyviin rasituksiin, ei tunneta, tavanomaiset hiiliteräkset ja seosteräkset eivät myöskään kelpaa, syystä että näiden kovuus laskee nopeasti, kun höy-rylämpötilat nousevat nykyään tavallisiin arvoihin ja ainoa tunnettu ratkaisu tästä syystä on ollut valmistaa niin hyvin istukkapinta kuin vaippapintakin stelliitistä, mikä on kovametalliseos kobolttikromi-pohjalla, mikä antaa osille erittäin suuret kovuusarvot (yli 350 HB) ja mainituilla lämpötila-alueilla, mutta jotka kuitenkin on mahdollista hienotyöstää erilaisilla hiomamenetelmillä suureen tarkkuuteen koskien niin hyvin geometrista muotoa kuin pinnan sileyttäkin.

Perustavaa laatua olevien korkealämpötilaventtiilien tiivistyslait-teessa kiinnileikkaantumisen aiheuttavien syiden täydellinen selvittäminen on osoittautunut mahdottomaksi. On olemassa koko joukko muuttuvia tekijöitä, jotka vaikeasti määriteltävällä tavalla vaikuttavat yhdessä eikä teoreettisesti ole määrättävissä niitä raja-arvoja, joissa määrätty venttiilirakenne osoittaa taipumusta leikkaantumi-seen, vaan nämä tekijät on määriteltävä kokeilemalla.

Palloventtiilin kyseessä ollen mutkistuu kysymys, syystä että vent-tiilielimen ja tiivistysrenkaiden välillä täytyy olla suhteellisen korkea ominaispintapaine, joka on tarpeen venttiilin korkeimman työpaineen takia ja vaatimuksesta, että venttiilin on oltava täysin tiivis koko kyseisellä painealueella, ja on huomattavaa, että tämä pintapaine näissä, erotukseksi siitä, mikä on asianlaita muun tyyppisissä venttiileissä, vaikuttaa jatkuvasti venttiilin tiivistyspin-tojen välillä, siis myös venttiiliä avattaessa ja suljettaessa, jolloin pinnat suorittavat pyörivää-liukuvaa, suhteellista liikettä. Kahdelle tiivistyspinnalle, joiden tulee työskennellä lämpötiloissa 400 -500°C, merkitsee tämä rakenteesta johtuva ylimääräinen rasitus, että kiinnileikkaantumisen vaarat tulevat erittäin suuriksi ja kokemukset osoittavat, että jos molemmat pinnat valmistetaan mainitusta kovametalliseoksesta, stelliitistä, syntyy sellaisia vaurioita, että venttiilistä tulee käyttökelvoton. Palloventtiili ei tästä syystä 3 61239 ole tullut käyttöön korkealämpötilan venttiilinä.

Seuraavan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada laite, joka johdannossa mainitun tyyppisissä sulkuelimissä eliminoi kiinnileikkaantu-misvaaran ainakin tavallisesti esiintyvillä sovellutusalueilla. Keksintö kiinnittää erikoista huomiota tiivistyselinten parantamiseen nykyään käytetyissä venttiilityypeissä tarkoituksella, että näiden käyttöaluetta voitaisiin lisätä ylemmällä lämpötila-alueella, jota kiinnileikkaantumispulman takia on tähän saakka täytynyt välttää.

Keksinnön tärkeä tarkoitus on siis pienemmän kiinnileikkaantumistai-pumuksen kautta korottaa niitä kriittisiä arvoja, jotka ovat koskeneet palloventtiileitä ja vastaavia kyseen ollessa höyryn lämpötilasta korkeitten paineitten yhteydessä ja mitkä suuresti ovat rajoittaneet tai tehneet mahdottomaksi tämän tyyppisten venttiilien käytön järjestelmissä, jotka työskenetelvät tulistetulla höyryllä. Tässä yhteydessä on toivomuksena, että palloventtiiliin, joka on hyväksi koettu tähänastisella käyttöalueella, voidaan lisätä ne keinot, joita keksinnössä suositellaan, siten että palloventtiiliä voidaan käyttää samassa perusrakenteessa sekä uudella että tähänastisella käyttöalueellaan.

Nämä tarkoitukset ja toivomukset saavutetaan siten, että niissä venttiileissä, joita keksintö tarkoittaa, toinen niistä kahdesta osasta, jotka yhdessä muodostavat tiivistyspintaparin toista osaa vasten puristavalta sivultaan, on varustettu metallisella, puhtaasta molybdeenista valmistetulla vuorilla edullisesti lämpömenetelmällä kiinnitetyn kyseisen osan perusmateriaaliin liitetyn kerroksen muodossa, mikä hienotyöstön jälkeen muodostaa tiivistyspinnan, jolla on vähäisempi kovuus kuin toisen osan tiivistyspinnalla, tarkoituksella, että venttiilin tiivistyspinnat voidaan molybdeenivuorin tai -vuorien aikaansaaman voitelevan (kitkaa alentavan) vaikutuksen avulla suojata korkean lämpötilan yhdessä virtausväliaineen korkean paineen kanssa aiheuttamalta kiinnileikkaantumiselta.

Keksintöä selostetaan lähemmin seuraavassa viittaamalla oheiseen piirustukseen, joka esittää esimerkkiä keksinnön soveltamisesta pallo-venttiileihin.

4 61239

Kuva 1 on pitkittäisleikkaus palloventtiilistä kaksine istukoineen ja

Kuva 2 on osakuva samasta venttiilistä esittäen suuremmassa mittakaavassa yhtä keksinnönmukaisen laitteen ratkaisumallia.

Keksinnön piirustuksessa esitetty rakennemalli koskee palloventtiiliä sisältäen venttiilipesän 1, johon sisältyy kaksi päätykappaletta 2, jotka työntyvät molemmista suunnista venttiilipesän keskiosaan ja joiden uloiramat osat muodostavat venttiilin liitännät 3, tässä esiteltyinä kierreliitoksina. Näiden välillä kulkee virtauskanava, jonka poikkileikkaus määräytyy kumpaankin päätykappaleeseen muotoillusta laippa-osasta 4 ja venttiilin näiden sisäpuolella sijaitsevista istukkaeli-mistä. Palloventtiileille tavallisimman rakenteen mukaisesti on rakenne-esimerkissä kaksi istukkaelintä, joita merkitään 51 ja 511 ja jotka samankeskisissä asemissaan kiinteitten ohjainpintojen 6 rajaamina yltävät rengasmaisina pitkin keskenään yhdensuuntaisia tasoja, jotka ovat kulmassa virtauskanavaan nähden.

Venttiilin virtauskanavan keskeisen osan täyttää sen venttiilielin 7, jonka lävistää pyöreä aukko 8, joka tarraimen tai muun vääntömomentin siirtävän kytkimen 9 välityksellä on liitetty karaan 10. Tämä on laakeroitu kääntyvästi yhteen venttiilipesään kuuluvaan kulmatytsään 11, joka sisältää tiivistyspesän tai vastaavan karatiivistyksen, ja joka on varustettu vaste-elimellä 12, joka yhteistoiminnassa karan päähän kääntymättömästi järjestetyn, kädensijalla täydennetyn vääntiön 13 kanssa määrää karan ja venttiilirungon kääntöaseman, jossa venttiili on auki ja joka on esitetty piirustuksessa ja venttiilin suljetun tilan, joka saavutetaan, kun karaa kierretään 1/4 kierrosta ja venttii-lielimen aukko 8 ei enää saa olla minkäänlaisessa yhteydessä liitäntöihin 3, mikä venttiilielimen asema on merkitty katkoviivoin kuvassa 2.

Istukkaelimet 5, jotka sylinterimäisellä tai kartiomaisella hanalla varustetuissa toisen tyyppisissä hanaventtiileissä, ovat samanarvoisia hanareikäseinämän yhteistoimivan osan kanssa venttiiliperässä, muodostuu tässä esitetyssä ratkaisumallissa metallisesta istukkaren-kaasta 14, tiivisteestä IS, joka on sijoitettu kartiomaiseen, rengas-muotoiseen tilaan istukkarenkaan ja ohiainpinnan 6 väliin, ja mikä, 5 61239 milloin väliaine on höyryä, sopivasti on valmistettu asbestista, sekä painerenkaasta 16, joka on akselin suunnassa liikkuva mainitussa tilassa tiivisteen takapuolella. Painerenkaan ja pesän laippaosan välillä on kummassakin istukassa levyjousi 17 tai vastaava joustava elin, joka on esijännitetty ja painerenkaan 16 välityksellä antaa ympäri istukan kehää tasaisesti jakautuvan voiman, joka aikaansaa toisaalta, että tiiviste 15 puristuu kokoon, niin että vuotoa ohjainpin-taa 6 pitkin ei synny ja pesän sisempi istukoiden välillä oleva onte-lotila 18 tiivistetään molempien pesän päiden 3 suhteen, toisaalta että venttiilitiivistyksen keskenään toimivat pääosat 51, 7 ja 511 puristuvat keskenään vastakkain.

Niin kuin kaikenlaisissa hanaventtiileissä on asianlaita, vallitsee mainittujen pääosien välillä, jotka seuraavassa oletetaan valmistetuksi kovasta metallisesta materiaalista, jatkuva pintakosketus, mikä edellyttää, että venttiilielimen tai hanan vaippapinta, jota tässä on merkitty 19:llä, muodostaa pyörähdyssymmetrisen kuvion, esim. pallon, karan 10 suunnassa kulkevan akselin ympärillä. Hyvän pintakosketuksen aikaansaamiseksi vaaditaan myös, että tiivistepinnat 20 molemmissa istukkarenkaissa 14 omaavat vaippapintaan 19 tarkoin sovitetun muodon, mikä merkitsee, että molemmat osat, jotka kummassakin parissa vaikuttavat yhdessä tiivistävästi, lepäävät toisiaan vasten katkeamatonta viivaa tai pintaa pitkin, palloventtiilin kyseessä ollen saadaan pintakosketus aikaan siten, että pinta 20 kummassakin tiivistys-pintaparissa muotoillaan kuppimaiseksi samalla säteellä kuin mikä on vaippapinnan 19 säde ja huomioimalla, että pallomaisten pintojen keskipisteet ainakin likimain yhtyvät.

Mielivaltainen vaippapintaelementti M (kts. kuva 2) sijaiten siten, että se venttiilielintä kierrettäessä tulee kosketukseen istukkapin-nan 20 kanssa, piirtää täten ympyräradan, joka sijaitsee tasossa X-X kohtisuorassa kiertoakselia vasten ja mikä seuraa istukkapintaa kulkien poikittain tämän ylitse. Pintaelementti M tulee selvästi joka sulku- ja avausvaiheen aikana määrätyllä puristuksella liukumaan edestakaisin yli samaa, pitkin tätä tartuntarataa sijaitsevaa pinnan 20 kaistaa N kun taas saman liikevaiheen alussa ja/tai lopussa pinta-elementti ja kaista ovat irti toisistaan.

« 61239

Kosketuksen aikana puristaa toistensa suhteessa pyöriviä-liukuvia pintoja toisaalta aiemmin mainitut jouset 17, joka voima auttaa pintoja tiivistämään alhaisempia esiintyviä työpaineita vastaan, toisaalta voima, joka on kyseisellä hetkellä venttiilissä vallitsevan paineen-alennuksen funktio. Yhdessä antavat nämä molemmat ulkoiset voimat pin-takuormituksen sillä osalla pintojen suhteellista liikettä, jolloin venttiilielin liikkuu kohti suljettua asemaa tai siitä poispäin ja tämä maksimikuormitus synnyttää ominaistiivistyspintapaineen, joka on huomattavasti korkeampi kuin väliainepaine ja minkä voidaan olettaa jakautuvan tasaisesti koko istukkapinnalle 20 edellyttäen, että molemmat yhteistoiminnassa olevat pinnat saavat valmistuksessa muodon, joka tarkalleen seuraa ennalta määrättyä, geometristä muotoa ja mikäli tämä tarkka muoto voidaan säilyttää käytön aikana.

On selvää, että yllä selostettu liikegeometria palloventtiilitiivis-teessä, jonka pääosia voidaan pitää jäykkinä kestävyyden kannalta, on huomattavasti epäedullisempi kuin mitä on asianlaita toisen tyyppisissä venttiileissä, joissa venttiilielin liikkuu kulmassa venttiili-istukkaa vasten ja siitä poispäin, eikä näin muodoin esiinny mitään liukuvaa, suhteellista liikettä suuren pintapaineen alaisena. Jos oletetaan, että pintaelementti M kuvassa 2 edustaa kohoumaa tästä ihanteellisesta, pallomaisesta muodosta, mikä käytännössä voi syntyä vähäisemmästä soikeudesta tai jostain muusta pienestä geometrisesta muotovirheestä vaippapinnassa, esiintyy tällöin pintaelementin liikkuessa pitkin kaistaansa toiselta tiivistyspinnalta pintapainetta, joka on huomattavasti kohonnut verrattuna ihanneolotilaan. Muotovirhe voi, koskapa se liikkuu joka kerta samalla tavalla venttiiliä ohjattaessa, jättää jälkensä naarmun muodossa, joka kulkee toisesta reunasta toiseen istukkarenkaassa 14. Pahimmassa tapauksessa voi tällainen paikallinen kosketus ja pintapaineen korotus johtaa pintojen kiinnileikkaan-tumiseen.

Normaaleissa käyttöolosuhteissa alennetaan vaaraa tämän tyyppisten vaurioitten syntymisestä palloventtiilin tiivistyslaitteessa sen jouston avulla, jonka jousielimet 17 aikaansaavat ja mistä seuraa, että istukkaelimien asema sovittuu venttiilielimen mukaan ja vähäiset muotovirheet tässä eliminoidaan säilyttämällä pääasiallisesti normaali tiivistyspintapaine.

7 61239 Käytettäessä hanaventtiiliä tai palloventtiiliä tulistetulle höyrylle tai muille vastaavan korkeat lämpötilat omaaville väliaineille, joilla tässä yhteydessä erikoisesti tarkoitetaan lämpötila-aluetta 400°C:een saakka ja sen yli, tulevat kuitenkin, kuten kokemukset osoittavat, rasitukset tiivistyselimissä liian suuriksi ja huolimatta siitä, että ne on valmistettu korkealuokkaisista venttiiliaineista, kuten stellii-tistä, ja suurimmalla mahdollisella muototarkkuudella ja pinnan siley-dellä, ovat liukupinnat usein vaurioituneet kiinnileikkaantumisen takia. Tällaista asiantilaa voitaneen olettaa syntyvän tällaisissa olosuhteissa ilmenevän voitelevan öljyfilmin täydellisestä puuttumisesta pinnoilta yhdessä paikallisten lämpötilan nousujen kanssa, joita syntyy, mikäli pistekosketusta esiintyy tiivistyselimissä ja joka nostaa väliaineen aikaansaamia pintalämpöjä arvoihin, joissa metalli pehmenee ja muuttuu plastiseksi, jolloin aine kosketuspisteissä pintakuor-mituksen ja suhteellisen liikkeen vaikutuksesta hitsaantuu yhteen. Jotta tällaisia vaurioita tiivistyselimissä voitaisiin välttää, varustetaan toinen molemmista osista 7 ja 14 jotka muodostavat venttiilin tiivistyspintaparin 19, 201 vuorilla 21, sijaiten sillä sivulla, joka puristetaan toista osaa vasten. Vuori muodostuu suuren puhtauden omaavasta molybdeenista metallisessa muodossa. Molybdeenilla päällystäminen tapahtuu lämpömenetelmän avulla, ensisijaisesti plasmaruisku-tuksen avulla, jolloin metalli sulassa, hienojakoisessa muodossa singotaan ja kiinnitetään vasten perusmateriaalia, mikä tässä tapauksessa voi olla seostettua terästä, päällystäminen muilla kaasu- tai säh-köhitsausmenetelmillä on myös käyttökelpoinen, edellyttäen että kerroksesta tulee tasainen ja tiivis ja että se hyvin sitoutuu perusaineeseen. Vuori saa kovuuden, joka on n. 250 HV.

Sen jälkeen kun vuori 21 on lisätty palloventtiilin istukkarenkaaseen tai istukkarenkaisiin, suoritetaan molybdeenipinnan hienotyöstö, jotta sen muoto ja pinnan sileys täyttäisivät ne vaatimukset, jotka koskevat tiivistyspintaa 201. Toinen tiivistyspinta, joka tulee toimimaan yhdessä molybdeenivuorin kanssa, ts. venttiilielimen 7 vaippapinta 19 tässä esitetyssä esimerkissä, valmistetaan tavanomaiseen tapaan stelliitistä tai vastaavasta materiaalista kovuusarvoltaan n. 400 HV.

Samalla perusrakenteella kuin tavanomaisessa palloventtiilitiivistyk-sessä saa keksinnön mukaan venttiili tiivistyspintaparin, joka säilyt-

Claims (1)

1. 61239 8 tää tiivistyskykynsä ja kulutuksen ja kiinnileikkaantumisen kestokyvyn myöskin edellä mainituilla, korotetuilla lämpötila-alueilla. Tulos johtaa huomattavasta kovuuserosta, joka vallitsee stelliitti-materi-aalin ja pehmeämmän molybdeenivuoren välillä yhdessä sen voitelevan vaikutuksen kanssa, jonka viimeksi mainittu aine antaa tiivistyspinta-parilla ja joka ilmenee vähäisempänä kitkana. Vaikkakin valmistusteknisistä ja taloudellisista syistä on edullisempaa sijoittaa pehmeäaineinen vuori venttiilipesän istukkaelimeen ja tehdä venttiilikuula kovemmasta materiaalista, sisältää päinvastainen sijoitus vaihtoehdon keksinnön idean toteutukselle, eritoten hanavent-tiileissä kartiomaisiksi muotoiltuine hanareikineen, joista varsinaiset istukkaelimet puuttuvat. Samaa ajatusta voidaan harkita sovellettaessa keksintöä kääntöläppäventtiileihin, joissa niinikään, johtuen rakennetavasta ja valmistusmenetelmästä, voidaan molybdeenivuori sijoittaa venttiilielimeen tai venttiilipesän istukkaelimeen. Patenttivaatimus Laite venttiileissä, joihin virtauskanavaan on järjestetty kierrettävä venttiilielin (7), jonka kehä muodostuu pyörähdyskuviosta, jonka muoto ensisijaisesti on pallomainen ja joka on järjestetty yhteistyössä virtauskanavan ympärikulkevan istukkaelimen (51, 511) kanssa, ainakin venttiilielimen toisella sivulla, sulkemaan tai avaamaan virtauskanavan, jolloin mainitut yhdessä toimivat osat ovat valmistetut kovasta, metallisesta materiaalista ja muodostavat vähintäin parin yhdessä vaikuttavia tiivistyspintoja (19, 201), jotka ovat puristetut toisiaan vasten ja venttiilielintä (7) kierrettäessä suorittavat pyörivää-liukuvaa suhteellista liikettä, synnyttäen korkean keskinäisen omi-naiskosketuspaineen, tunnettu siitä, että toinen niistä kahdesta osasta (51, 511* 7), jotka yhdessä muodostavat tiivistyspinta-parin toista osaa vasten puristavalta sivultaan, on varustettu metallisella, puhtaasta molybdeenista valmistetulla vuorilla (21), edullisesti lämpömenetelmällä kiinnitetyn kyseisen osan perusmateriaaliin liitetyn kerroksen muodossa, joka hienotyöstön jälkeen muodostaa tii-vistyspinnan (201), jolla on pienempi kovuus kuin toisen osan tiivis-tyspinnalla, tarkoituksella, että venttiilin tiivistyspinnat voidaan