NL9500138A

NL9500138A - Telescopic sealing arrangements of a seat for a stopcock, a ball valve or a gate valve.

Info

Publication number: NL9500138A
Application number: NL9500138A
Authority: NL
Inventors: Tep Ungchusri; Roy Calvin Bates; Robert Lynn Witt
Original assignee: Fmc Corp
Priority date: 1994-02-01
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 1995-09-01
Also published as: FR2715706A1; GB9501759D0; GB2286032B; GB2286032A; DE19502570A1; CA2140491A1; FR2715706B1

Description

Telescopische afdichtinasopstellinaen van een zitting voor een pluakraan. een kocelklep of een schuifafsluiterklepTelescopic sealing positions of a seat for a plucking crane. a cocoon valve or a gate valve

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op kleppen voor het reguleren van de stroming van een fluïdum en, meer in het bijzonder, op een klep die een roteerbare stop of een beweegbare schuif omvat die samenwerkt met tenminste een stel zittingen voor het reguleren en afdichten van de stroming van een fluïdum.The present invention relates to valves for controlling the flow of a fluid and, more particularly, to a valve comprising a rotatable stopper or a movable slide that cooperates with at least one set of seats for regulating and sealing the flow of a fluid.

Bekende klepontwerpen bevatten een kogel of schuif die roteerbaar of beweegbaar in een kleplichaam geplaatst is en die een doorgang bezit waardoor fluïdum stroomt wanneer de doorgang in lijn is met inlaat- en uitlaatpoorten. Dergelijke kleppen zijn gesloten wanneer de stop of de schuif geroteerd of bewogen is zodat een massieve zijde van de stop of de schuif de stromingsbaan van de inlaatpoort volledig blokkeert. De stop of de schuif drukt tegen zittingen, waarvan er één aan ieder van de bovenstroom- en benedenstroomzijde geplaatst is, welke tegen het kleplichaam drukken. Gewoonlijk heeft de stop of de schuif enige drijving of speling zodat in een afdichtende situatie de bovenstroomse vloeistofdruk er de oorzaak van is dat de stop of de schuif sterk onder voorspan-ning aangedrukt wordt tegen de benedenstroomse zitting, die op zijn beurt onder voorspanning tegen het kleplichaam waarmee het een afdichting vormt gedrukt wordt.Known valve designs include a ball or slide rotatably or movably mounted in a valve body and having a passage through which fluid flows when the passage is in line with inlet and outlet ports. Such valves are closed when the plug or slider is rotated or moved so that a solid side of the plug or slider completely blocks the flow path of the inlet port. The plug or slide presses against seats, one of which is located on each of the upstream and downstream sides, which press against the valve body. Usually the plug or slide has some float or play so that in a sealing situation the upstream fluid pressure causes the plug or slide to be strongly biased against the downstream seat, which in turn is biased against the valve body with which it forms a seal is pressed.

Onder de hierboven beschreven toestand met gestopte stroming is er gewoonlijk een grote hoeveelheid druk binnenin de klepholte die de stop of schuif en zittingen opneemt omdat fluïdum onder druk binnentreedt tussen de stop of schuif en de zittingen. De benedenstroomse zitting wordt sterk aangedrukt tegen het kleplichaam door het fluïdum in de stromingsbaan dat doorgelaten is door de stop of schuif. In het geval dat de.fluïdumdruk bovenstrooms plotseling afgeblazen wordt zal de boven- stroomse afdichting die gevormd is tussen de bovenstroomse zitting en het kleplichaam de neiging hebben druk in de holte op te sluiten, zodat resulterende drukkracht op de bovenstroomse zijde van de bovenstroomse zitting er de oorzaak van zal zijn dat de bovenstroomse zitting onder voorspanning tegen de stop of de schuif aangedrukt zal zijn. Deze toestand van opgesloten druk vereist een significant hoger bedieningsmoment om de stop te roteren of de schuif te bewegen en kan resulteren in overbelasting van componenten indien een temperatuursverandering optreedt terwijl de klep in deze toestand is.Under the stopped flow condition described above, there is usually a large amount of pressure within the valve cavity that receives the plug or slide and seats because pressurized fluid enters between the stop or slide and the seats. The downstream seat is strongly pressed against the valve body by the fluid in the flow path passed through the plug or slide. In the event that the upstream fluid pressure is suddenly vented, the upstream seal formed between the upstream seat and the valve body will tend to trap pressure in the cavity, so that resulting compressive force on the upstream side of the upstream seat will cause the upstream seat to be biased against the stop or slide. This condition of trapped pressure requires a significantly higher actuation moment to rotate the stop or move the slider and may result in component overload if a temperature change occurs while the valve is in this condition.

Het is een doel van de uitvinding een klep te \ ontwerpen dat het vorengenoemde probleem oplost en tezelfdertijd een betrouwbare afdichting verschaft gedurende iedere vorm van bediening, die eenvoudig verwijderbare onderdelen bezit en eenvoudig onderhoudbaar is, en die componenten omvat die gemakkelijk te vervaardigen zijn.It is an object of the invention to design a valve that solves the aforementioned problem and at the same time provides a reliable seal during any operation, which has easily removable parts and is easy to maintain, and which comprises components that are easy to manufacture.

De onderhavige uitvinding omvat een klep omvattend een kleplichaam met een in hoofdzaak cilindrische holte met tenminste één ingangspoort en één uitgangspoort waarin roteerbaar een in hoofdzaak cilindrische stop of een schuif opgenomen is met een doorgang die naar keuze in lijn met de ingang- en uitgangpoorten te brengen is om een stromingsbaan te bepalen. De klep omvat verder tenminste twee zittingen die gevormd zijn als cilindrische segmenten en met een of meer afdichtingsmiddelen die opgesteld zijn om het vorengenoemde doel van de uitvinding te bereiken.The present invention includes a valve comprising a valve body having a generally cylindrical cavity with at least one entry port and one exit port incorporating rotatably a generally cylindrical plug or slide with a passage optionally in line with the entry and exit ports is to determine a flow path. The valve further comprises at least two seats formed as cylindrical segments and with one or more sealing means arranged to achieve the aforementioned object of the invention.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de tekening.The invention will be elucidated with reference to the drawing.

Fig. 1 is een gedeeltelijke doorsnede van een plugkraan en zittingsamenstel in de holte van een kleplichaam.Fig. 1 is a partial sectional view of a stopcock and seat assembly in the cavity of a valve body.

Fig. 2 is een doorsnede van een zitting met één ononderbroken afdichting.Fig. 2 is a sectional view of a seat with one continuous seal.

Fig. 3 is een doorsnede van een zitting met één ononderbroken afdichting en tenminste één satellietafdich-ting.Fig. 3 is a sectional view of a seat with one continuous seal and at least one satellite seal.

Fig. 4 is een gedeeltelijke doorsnede van een schuifafsluiterklep en zittingsamenstel in de holte van een kleplichaam.Fig. 4 is a partial sectional view of a gate valve and seat assembly in the cavity of a valve body.

Fig. 5 is een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een afdichting.Fig. 5 is a partial cross section of a seal.

Fig. 6 is een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een andere uitvoering van een afdichting.Fig. 6 is a partial cross-sectional view of another embodiment of a seal.

Fig. 7 is een gedeeltelijke dwarssnede van nog een andere uitvoering van een afdichting.Fig. 7 is a partial cross-section of yet another embodiment of a seal.

In fig. 1 wordt een gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een kleplichaam 10 getoond, dat een in hoofdzaak cilindrische lichaamsholte 12 bezit waarin een roteerbare stop 14 met een doorgang 16 aangebracht is. Het kleplichaam 10 bezit een inlaatpoort 18 en een uitlaatpoort 20. De stop 14 is met behulp van conventionele middelen bevestigd aan een steel 22 voor het aanbrengen van moment om de stop 14 zodanig te roteren dat de doorgang 16 in lijn is met de inlaat- en uitlaatpoorten 18, 20 om stroming toe te staan door het kleplichaam 10 om een stromingsbaan te vormen. Aan de bovenstroomse zijde van de stop 14 is een bovenstroomse zitting 24 met een centrale opening 26 daardoorheen geplaatst tussen de stop 14 en het kleplichaam 10. Aan de benedenstroomse zijde van de stop 14 is een benedenstroomse zitting 28 met een centrale opening 30 daardoorheen geplaatst tussen de stop 14 en het kleplichaam 10. Iedere zitting 24, 28 is in hoofdzaak vormgegeven als een cilindrisch segment en bezit binnenste 32 en buitenste 34 afdichtingselementen. De afdichtingselementen zijn flexibele, ononderbroken afdichtingen die de stromingsbaan omgeven en ononderbroken afdichtingen vormen tussen de zittingen 24, 28 en het kleplichaam 10. De afdichtingselementen 32, 34 kunnen opgenomen zijn in kanalen 36 op de zittingen 24, 28. Iedere zitting bezit een groef 38 of een dergelijk middel aan de boven- en ondereinden om de zittingen gedurende het assembleren te oriënteren.In Fig. 1, a partial cross-section of a valve body 10 is shown, which has a substantially cylindrical body cavity 12 in which a rotatable plug 14 with a passage 16 is arranged. The valve body 10 includes an inlet port 18 and an outlet port 20. The plug 14 is attached to a stem 22 by conventional means to provide moment to rotate the plug 14 so that the passage 16 is aligned with the inlet and outlet ports. outlet ports 18, 20 to allow flow through the valve body 10 to form a flow path. On the upstream side of the plug 14, an upstream seat 24 with a central opening 26 therethrough is placed between the plug 14 and the valve body 10. On the downstream side of the plug 14, a downstream seat 28 with a central opening 30 is disposed therebetween the plug 14 and the valve body 10. Each seat 24, 28 is substantially shaped as a cylindrical segment and has inner 32 and outer 34 sealing elements. The sealing elements are flexible, continuous seals that surround the flow path and form continuous seals between the seats 24, 28 and the valve body 10. The sealing elements 32, 34 may be contained in channels 36 on the seats 24, 28. Each seat has a groove 38 or such a means at the top and bottom ends to orient the seats during assembly.

De afdichtingselementen 32, 34 zijn in hoofdzaak concentrisch rond de stromingsbaan geplaatst zodanig dat ieder binnenste afdichtingselement 32 een eerste diameter bezit en ieder buitenste afdichtingselement 34 een tweede diameter bezit die groter is dan de eerste diameter. Het afdichtingscontactpunt 40 tussen iedere zitting 32, 34 en de stop 14 vormt een ononderbroken metaal-op-metaal afdichting die een diameter bezit die groter is dan de eerste diameter en kleiner dan de tweede diameter om redenen die hieronder besproken zullen worden.The sealing elements 32, 34 are arranged substantially concentrically around the flow path such that each inner sealing element 32 has a first diameter and each outer sealing element 34 has a second diameter greater than the first diameter. The seal contact point 40 between each seat 32, 34 and the plug 14 forms a continuous metal-to-metal seal that has a diameter greater than the first diameter and less than the second diameter for reasons discussed below.

De stop 14 is opgesteld om enigzins te zweven in de klepholte zodat gedurende omstandigheden met onderbroken stroming de bovenstroomse fluïdumdruk er de oorzaak \ van is dat de stop 14 onder voorspanning aangedrukt wordt tegen de benedenstroomse zitting 28, welke op zijn beurt onder voorspanning aangedrukt wordt tegen het kleplichaam 10 aan de benedenstroomse zijde. Door de diameter van de binnenste afdichtingen 32 een maat te geven die kleiner is dan de stop-zitting-diameter worden een benedenstroomse afdichting en een bovenstroomse afdichting effectiever gehandhaafd. Het op deze manier geven van afmetingen verhindert dat de druk van de stromingsbaan werkzaam is tussen de zittingen 24, 28 en het kleplichaam 10. Door de buitenste afdichting 34 een diameter geven die groter is dan de stop-zitting-diameter wordt verhinderd dat een grote kracht, die veroorzaakt wordt door holtedruk die aanwezig is in de klepholte 12 buiten de stromingsbaan, tussen de klepzittingen 24, 28 en het kleplichaam 10 werkzaam is. De afdichtingselementen 32, 34 in de bovenstroomse zitting 24 drukken de bovenstroomse zitting 24 onder voorspanning tegen de stop 14. Gewoonlijk worden de stop 14 en de benedenstroomse zitting 28 aan de benedenstroomse zijde onder voorspanning tegen het kleplichaam 10 aangedrukt.The plug 14 is arranged to float slightly in the valve cavity so that during interrupted flow conditions the upstream fluid pressure causes the plug 14 to be biased against the downstream seat 28, which in turn is biased against the valve body 10 on the downstream side. By giving the diameter of the inner seals 32 a size smaller than the stop-seat diameter, a downstream seal and an upstream seal are more effectively maintained. Sizing in this way prevents the flow path pressure from acting between the seats 24, 28 and the valve body 10. Giving the outer seal 34 a diameter greater than the stop-seat diameter prevents a large force, which is caused by cavity pressure that is present in the valve cavity 12 outside the flow path, acts between the valve seats 24, 28 and the valve body 10. The sealing elements 32, 34 in the upstream seat 24 presses the upstream seat 24 under bias against the plug 14. Usually, the plug 14 and the downstream seat 28 are biased against the valve body 10 on the downstream side.

Wanneer de stop 14 van de klep in een gesloten positie is en de fluïdumdruk bovenstrooms plotseling afgeblazen wordt, zal de bovenstroomse afdichting, gevormd tussen de bovenstroomse zitting 24 en het kleplichaam 10, de neiging hebben druk in de holte 12 op te sluiten zodat resulterende drukkracht op de bovenstroomse zijde van de bovenstroomse zitting 24 er de oorzaak van zal zijn dat de bovenstroomse zitting 24 onder voorspanning aangedrukt wordt tegen de stop 14. Om deze toestand met opgesloten druk, die een significant hoger bedieningsmoment vereist om de stop 14 te roteren en die kan resulteren in overbelasting van componenten indien een temperatuursverandering optreedt terwijl de klep in deze toestand is, te vermijden, is het cruciaal dat het buitenste afdichtingselement 34 een grotere diameter bezit dan de stop-zitting-afdichting zoals hierboven besproken is, om de resulterende v kracht van de opgesloten holtedruk op de zitting 24 te reduceren.When the valve plug 14 is in a closed position and the upstream fluid pressure is suddenly released, the upstream seal formed between the upstream seat 24 and the valve body 10 will tend to trap pressure in the cavity 12 so that resulting compressive force on the upstream side of the upstream seat 24 will cause the upstream seat 24 to be biased against the stopper 14. To enter this condition with trapped pressure, which requires a significantly higher torque to rotate the stopper 14 and which can result in overloading of components if a temperature change occurs while the valve is in this state, it is crucial that the outer sealing member 34 has a larger diameter than the stop-seat seal as discussed above, to reduce the resulting force of the trapped cavity pressure on the seat 24.

Een andere uitvoering van de zittingen 100 zoals getoond in fig. 2 vereist slechts één afdichtingselement 102 voor toepassingen met betrekking tot stromingsbanen met een relatief kleine diameter, waar contact tussen een bovenstroomse zitting en een stop zou resulteren in wrij-vingskrachten van een relatief kleine grootte zodat het vereiste bedieningsmoment niet buitensporig zou zijn. In deze uitvoering is het essentieel dat de diameter van de afdichting 102 groter is dan de diameter van de stop-zitting-af dichting om grote krachten door holtedruk tussen de zitting en het kleplichaam 10 te vermijden.Another embodiment of the seats 100 as shown in Fig. 2 requires only one sealing member 102 for flow path applications of a relatively small diameter where contact between an upstream seat and a plug would result in relatively small frictional forces so that the required moment of operation would not be excessive. In this embodiment, it is essential that the diameter of the seal 102 is greater than the diameter of the plug-seat seal to avoid large cavity forces between the seat and the valve body 10.

In een andere uitvoering van de zittingen 200 zoals getoond in fig. 3 werkt één afdichtingselement 202 met een diameter die kleiner is dan de diameter van de stop-zitting-afdichting zoals hierboven onder verwijzing naar fig. 1 beschreven is. Een of meer satellietafdichtin-gen 203 in de vorm van ononderbroken, gesloten, flexibele afdichtingen buiten de omtrek van de binnenste afdichting 202 zijn werkzaam om te verhinderen dat holtedruk over het gehele gebied van het zittingoppervlak werkt, teneinde de resulterende kracht te verminderen. Het aantal en de grootte van dergelijke zittingen 203 kan gekozen worden om te verhinderen dat de resulterende kracht de resterende holtedruk overwint en er de oorzaak van is dat de zitting onder voorspanning tegen de stop gedrukt wordt.In another embodiment of the seats 200 as shown in Figure 3, one sealing member 202 operates with a diameter smaller than the diameter of the stop-seat seal as described above with reference to Figure 1. One or more satellite seals 203 in the form of continuous, closed, flexible seals outside the circumference of the inner seal 202 act to prevent cavity pressure from acting over the entire area of the seating surface, in order to reduce the resulting force. The number and size of such seats 203 can be selected to prevent the resulting force from overcoming residual cavity pressure and causing the seat to be biased against the plug under bias.

De uitvoering van fig. 4 toont de onderhavige uitvinding die de opstelling van de zittingen en afdichtingen volgens fig. 1 gebruikt bij een schuif 300 van een schuifafsluiterklep. Een cilindrische holte 302 en zittingen 304 met cilindrische buitenste contouren worden gebruikt. De werking is in hoofdzaak hetzelfde als bij de uitvoering zoals beschreven onder verwijzing naar fig. 1.The embodiment of FIG. 4 illustrates the present invention that uses the arrangement of the seats and seals of FIG. 1 with a slide 300 of a gate valve. A cylindrical cavity 302 and seats 304 with cylindrical outer contours are used. The operation is essentially the same as in the embodiment as described with reference to Fig. 1.

Fig. 5 toont één vorm van de binnenste en buitenste afdichtingselementen 32, 34 die een dwarsdoorsnede-vorm met een convex gedeelte 400 bezitten, dat aangepast is aan contact' met het kleplichaam 10, en anti-extrusie-elementen 402. De figuren 6 en 7 tonen het afdichtingsele-ment 32, 34 met respectievelijk één anti-extrusie-element 404 en zonder anti-extrusie-element. Andere geschikte dwarsdoorsneden kunnen gebruikt worden.Fig. 5 shows one shape of the inner and outer sealing elements 32, 34 which have a cross-sectional shape with a convex portion 400 adapted to contact with the valve body 10, and anti-extrusion elements 402. Figures 6 and 7 show the sealing element 32, 34 with one anti-extrusion element 404 and without anti-extrusion element, respectively. Other suitable cross sections can be used.

In de uitvoeringen van zittingen waarin gebruik gemaakt wordt van binnenste en buitenste afdichtingselementen 32, 34 is het voordelig een klein geboord gat te verschaffen, aangrenzend aan en in verbinding met de groef 36 van de buitenste afdichting om de drukopbouw tussen de binnenste 23 en buitenste 34 afdichtingen veroorzaakt door vet of iets dergelijks, gebruikt gedurende het installeren, te verminderen.In seat embodiments using inner and outer sealing elements 32, 34, it is advantageous to provide a small drilled hole adjacent to and in communication with the groove 36 of the outer seal to build up pressure between the inner 23 and outer 34 reduce seals caused by grease or the like used during installation.

Claims

A flow control valve comprising: a valve body having a substantially cylindrical cavity and at least two ports; a generally cylindrical plug rotatably received in the cavity and comprising a passage optionally alignable with the valve ports to define a flow path; at least two seats each having an opening through it, which opening corresponds to and is aligned with one of the ports, each seat being interposed between the plug and the valve body and forming a closed, continuous seal from seat to plug, which surrounds the flow path; each seat comprising first sealing means which forms a closed, continuous seal between the seat and the valve body, surrounds the flow path and has a first diameter less than the diameter of the respective seal from seat to plug; each seat comprising second sealing means which forms a closed, continuous seal between the seat and the valve body, surrounds the flow path and has a second diameter greater than the diameter of the respective seat-to-stop seal.

2. Flow control valve, comprising: a valve body having a substantially cylindrical cavity and at least two ports; a generally cylindrical plug rotatably received in the cavity and comprising a passage optionally alignable with the valve ports to define a flow path; at least two seats each having an opening through it, which opening corresponds to and is aligned with one of the ports, each seat being interposed between the plug and the valve body and forming a closed, continuous seal from seat to plug, which surrounds the flow path; each seat comprising sealing means which form a closed, continuous seal between the seat and the valve body, surround the flow path and have a diameter greater than the diameter of the respective seal from seat to plug.

Flow control valve, comprising: a valve body having a substantially cylindrical cavity and at least two ports; a generally cylindrical plug rotatably received in the cavity and comprising a passage optionally alignable with the valve ports to define a flow path; at least two seats each having an opening through it, which opening corresponds to and is aligned with one of the ports, each seat being interposed between the plug and the valve body and forming a closed, continuous seal from seat to plug, which surrounds the flow path; each seat comprising first sealing means forming a closed, continuous seal between the seat and the valve body, surrounding the flow path having a first diameter less than the diameter of the respective seal from seat to plug; each seat having at least one satellite sealant which forms a closed, uninterrupted seal between the seat and the valve body and which is located outside the periphery of the first sealants.