NO136162B - Kuleventil. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en kuleventil omfattende et ventilhus som er utført i ett stykke av et støpbart, ikke-metallisk materiale og utformet med inn- og utløp med stusser for tilslutning av rørforbindelser til hver side av ventilhuset, og et i ventilhuset dreibart lagret, kuleformet ventillegeme utformet med en gjennomgående, sylindrisk passasje og bevegelig mellom en åpen stilling, i hvilken ventilhusets inn- og utløp er i flukt med passasjen, og en lukket stilling, i hvilken passasjen gjennom ventillegemet ikke er i flukt med ventilhusets inn- og utløp.

Kuleventiler har funnet en utbredt anvendelse for alle typer reguleringsformål i forbindelse med væskestrøm-ning, ikke minst fordi de er lette og hurtige å åpne og lukke. Da dessuten kuleventiler ofte fremstilles av plastmateriale,

er de motstandsdyktige mot mange korroderende væsker og kan således anvendes til mange prosessformål.

En vesentlig ulempe ved de kjente kuleventiler er imidlertid at der til disse benyttes særskilte tetningsringer inne i ventilhuset, hvilket ikke bare øker utgiftene til og komplisertheten av ventilen, men også resulterer i lekkasje gjennom ventilen på grunn av slitasje av sådanne tetningselementer. Således kan der ved separate tetninger for ventillegemet oppstå lekkasjer to veier, nemlig mellom ventillegemet og tetningen og mellom denne og ventilsetet.

En annen mangel ved kuleventiler med separate ven-tillegemetetningsringer i et ventilhus er det mulighet for at disse kan bli bragt ut av stilling og strømningen eller ved dreining av ventillegemet. Te<g>ningselementer av den art som anvendes inne i kuleventilhuset ved de kjente ventiler, motstår lekkasje og/eller bevarer stillingen av kulen ved å overvinne presset fra fluidumstrømmen ved kompresjon. De to materialer som vanligst benyttes som tetningselementer, er elastomere og fluorerte hydrokarboner, dvs. "Teflon". Selv om begge disse materialklasser motstår kompresjonskrefter, er de gjenstand for svikt når det gjelder denne funksjon. Fluorerte hydrokarbonharpikser har tendens til å forvri seg ved kaldflytning under langvarig kompresjonspåvirkning. På samme måte antar elastomere materialer under tilsvarende betingel-ser en permanent deformasjon. Forvridde fluorerte hydrokar-bontetninger og permanentdeformerte elastomertetninger har begge tendens til å lekke.

En utett kuleventil må enten repareres ved utskift-ing av tetningselementene eller må skiftes ut helt. Ved mange utførelser er det ikke mulig å skifte ut tetningselementene, således at det er nødvendig å skifte ut ventilen. I begge tilfelle må væskeledningen avbrytes, hvilket avhengig av driften kan bli meget kostbart.

Problemene i forbindelse med bruken av tetningselementer i kuleventiler er beskrevet i US-PS 3 271 845. Imidlertid vedrører de problemer som omtales i dette patent, frem-gangsmåten ved fremstilling av en kuleventil som overvinner vanskelighetene ved anbringelse av tetningselementer i ventilen. Ved denne oppfinnelse ble problemet løst, men tetningselementene ble bibeholdt i den endelig fremstilte ventil. Således er ventilen ifølge denne oppfinnelse tilsvarende de andre kjente ventiler ved at tetningselementene er bibeholdt innvendig i kuleventilhuset.

Det har nå vist seg at det er mulig å fremstille en kuleventil som eliminerer behovet for særskilte tetningselementer og samtidig viser forbedrede tetningsegenskaper. Der-med unngåes deformasjonsproblemene ved elastomere tetninger og fluorhydrokarbontetninger. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at ventillegemet i det minste ved den ene ende av sin sylindriske passasje er utformet med en i hovedsaken plan flate som befinner seg mellom passasjens periferi og en ytre omkrets, og at ventilhuset er utformet i ett stykke med minst én leppetetning som i ventilens åpne stilling forløper radialt innad forbi den plane flates ytre diameter. Denne enhetsutforming som er mulig ved hjelp av oppfinnelsen tilveiebringer større motstand mot lekkasje og samtidig lengere holdbarhet. Slite-motstandsevnen økes på grunn av den spesielle utforming av den fleksible tetning som er utsatt for mindre kraftpåvirk-ninger enn en kompresjonstetning. Således oppstår der mindre deformasjon på grunn av kaldflytning.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, hvis fig. 1 viser et plan-riss av en foretrukket utførelse av ventilen ifølge oppfinnelsen, fig. 2 og 3 viser snitt etter linjen 2-2 hhv. 3 - 3 på fig. 1 med kuleventillegemet i åpen hhv. lukket stilling, fig. 4 viser et loddrett snitt etter linjen 4 - 4 på fig. 1 med ventilen lukket, fig. 5 viser et snitt etter linjen 5 - 5 på fig. 3, fig. 6 og 7 viser bruddriss av en del av fig. 2 og illustrerer tetningsforholdet mellom ventillegemet og en leppe i ett stykke med ventilhuset ved åpen hhv. lukket ventil, og fig. 8 viser ventilens elementer.

Fig. 1 viser en ventil 1 av den omhandlede art med et ventilhus 2 som omfatter to sylindriske seksjoner 3 og 5 som danner ventilens inn- og utløp. Selv om seksjonene 3 og 5 fortrinnsvis er i ett stykke med huset 2, kan de også være særskilte seksjoner festet til huset, f.eks. ved hjelp av innvendige eller utvendige gjenger. Seksjonene 3 og 5 kan imidlertid også være sveiset, flenset eller på annen måte forbundet med de kommuniserende ledninger.

Huset 2 omfatter også en del 7 som befinner seg mellom seksjonene 3 og 5 og omfatter en leppetetning 6 som skal beskrives nærmere nedenfor.

Inne i huset 2 befinner der seg et dreibart, kuleformet ventillegeme 9 som har en sirkulær åpning 11 som danner forbindelse mellom seksjonene 3 og 5 når legemet 9 er i åpen stilling. En spindel 13 forbinder ventillegemet 9 med et håndtak som skal beskrives nedenfor. Ved den viste utførelse er spindelen 13 og legemet 9 fremstilt i ett stykke og er be-tegnet med 10.

Et særskilt trekk ved ventillegemet 9 er den ikke-sfæriske form av delen 15 av dets overflate. Bortsett fra flaten 15 er ventillegemets øvrige overflate imidlertid sfæ-risk om rotasjonsaksen 16. Flaten 15 som ligger ved åpningens 11 omkrets 12 er i hovedsaken plan og parallell med aksen 16

og er avgrenset av periferien 12 og en ytre diameter 14.

Flaten 15 kan være i hovedsaken plan, selv om den på tegningene er vist fullstendig plan, idet der kan være en lett av-runding ved diameteren 14 for å lette dreining av ventillegemet.

Ventillegemet 9 befinner seg i husets 2 tetningsdel 7. Ved en foretrukket utførelse oppnås dette ved at enheten 10 anbringes i en støpeform, i hvilken der sprøytes inn smel-tet plastmateriale og som er således utført at den former huset 2. Denne fremstillingsmåte gir en utmerket pasning for

enheten 10 i huset 2.

Enheten 10 dreies ved hjelp av et håndtak 20 som er forbundet med spindelen 13 som har et firkantet endeparti 17 som opptas av en tilsvarende formet utsparing (ikke vist) i håndtakets 20 bunn. Håndtaket er også utformet med en bue-formet styresliss 22 som samvirker mot et fremspring 24 på huset 2, således at håndtaket kan dreies en vinkel på inntil 90°.

Selv om ventilen 1 kan -fremstilles av ethvert egnet materiale, foretrekkes, plast, særlig for huset 2. Sprøytestøpeplast er særlig egnet og gir fordeler med hensyn til de fluidumtyper som kan reguleres av denne ventil. De plasttyper som kommer på tale, bør være motstandsdyktige mot syrer, baser og andre kjemikalier. Også vann, den mest al-minnelig anvendte væske, opptas best i et plasthus, da plast-materialet har utmerket motstandsdyktighet overfor vann. Fortrinnsvis velges de plastmaterialer som består av polyolefi-ner, epoxyharpikser, acrylnitrilbutadienstyrener, Nylon, acryler, polyacetater, polyvinylplast og polystyren. En særlig foretrukket plast for huset er polyvinylklorid.

Ved en foretrukket utførelse av ventillegemet er dette også fremstilt av et plastmateriale, såsom polyacetal. En foretrukket polyacetal er en polyoxymethylencopolymer som selges under varemerket "Celcon" og er en sampolymer av oxy-methylen og ethylen. Et annet foretrukket materiale for ventillegemet 9 er klorert polyvinylklorid.

Det vil forståes at selv om plast er det materiale som foretrekkes for legemet 9, kan også et metall komme til anvendelse forutsatt at det er korrosjonsfast. Det skal også bemerkes at selv om spindelen 13 er i ett stykke med legemet 9, er det også mulig å forbinde spindelen 13 med legemet 9, f.eks. ved at en gjenget ende av spindelen skrus inn i en boring i legemet, idet disse deler fortrinnsvis er fremstilt av samme materiale.

Kuleventilen åpnes ved dreining av håndtaket 20 om aksen ,16 for overføring av dreiebevegelsen over spindelen 13 til legemet 9. Ventilens åpne stilling er vist på fig. 2. Dreies legemet 9 deretter en vinkel på 90°, blir ventilen fullstendig stengt, se fig. 3. Fig. 4 viser åpningen 11 i legemet 9 vinkelrett på strømningsretningen.

Ventilen ifølge oppfinnelsen er ikke forsynt med et separat tetningselement inne i huset 2, men har en leppetetning 6 som, se fig. 2 og særlig fig. 6, rager radialt innad utenfor flatens 15 ytre omkrets. Denne tetning 6 ligger mellom flatens 15 indre diameter 12 og ytre diameter 14. Det er vik-tig at tetningen 6 rager innad forbi den ytre diameter 14, og denne avstand er en funksjon av den deformasjonsgrad som kre-ves av den for å tilveiebringe en lekkasjefri tetning. Således kan tetningen 6, hvis nødvendig, forløpe helt til den indre diameter 12.

Det teoretiske grunnlag for at tetningen 6 skal rage forbi den ytre diameter 14, er at tetningen 6 må deformeres utover for å tilveiebringe en kraft mellom denne og legemet 9, hvilken kraft hindrer lekkasje. Denne kraft motstår det trykk som utøves av fluidumstrømmen.

Denne virkning er vist på fig. 7. Den kraft som på-føres den fleksible tetning 6, får den til å svelle utover, således at den eneste kontakt mellom legemet 9 og tetningen 6 blir på et enkelt sted, angitt på fig. 7 med tallet 26. For bedre å illustrere denne kontakt, er berøringsstedet 26 også vist på fig. 6.

Av ovenstående fremgår det at kuleventilens tetning er et produkt av leppetetningens 6 bøyningsegenskaper. Den største motstand mot lekkasje er dessuten under de fleste trykkbetingelser tilstede ved ventillegemets nedstrømsside. Dens oppstrømsside er i kontakt med det fluidum som skyver nedstrømssiden mot leppen 6 og tilveiebringer den primære tetning mot lekkasje. Når ventilen på den annen side benyttes i en strøm, hvis trykk er under atmosfæretrykket, dvs. under vakuumforhold, bevirker leppens 6 bøyningskraft mot oppstrøms-siden av ventillegemet den primære tetning mot lekkasje.

Uten flaten 15 er resultatet analogt med at leppen- c 6 bare når frem til den ytre diameter 14. I dette tilfelle, såvel som i det tilfelle at der ikke finnes noen flate 15 som når innenfor ventillegemets sfæriske form, oppstår der ingen bøyning av leppen 6 når ventillegemet dreies til lukket stilling. Således utøves der ingen kraft av leppen mot ventillegemet med en dårlig tetning som resultat, særlig ved lave trykk.

Der finnes en unntagelse fra regelen om at leppen 6 skal rage forbi den ytre diameter- av flaten 15 eller alterna-tivt ikke ha noen flate 15 i det hele tatt. Dette er det tilfelle at legemet 9 har form av en perfekt sfære. I dette tilfelle er det liten mulighet for at der vil dannes en lekkasje-bane. Det er klart at en sådan situasjon er høyst usannsyn-lig og at behovet for flaten 15 i forening med leppetetningen er innlysende.

Beskrivelsen ovenfor . vedrører tetningsanordnin-gen for ventilen i lukket stilling og gjelder selvsagt ikke når ventilen er i åpen stilling, i hvilken leppen 6 ikke bøyes utover og der ikke er noen kraft fra denne som presser mot ventillegemet.. Leppetetningen utsettes således ikke for noen påkjenning når ventilen er i åpén stilling. Leppetetningen kan derfor ikke vri seg ved kaldflyting når ventilen er åpen (kaldflyting oppstår ikke uten påkjenning). Således blir leppetetningenes levetid ytterligere øket.

Da det ikke er noen kraft som presser mot ventillegemet fra leppetetningen i den åpne stilling, er det mulig at en ubetydelig prosentdel av strømmen vil lekke mellom leppen 6 og enheten 10. For å hindre denne eventuelle lekkasje er der omkring spindelen 13 anordnet et tetningselement, fortrinnsvis en 0-ring 19 som er utsatt for en langt mindre kom-pres jonskraft og friksjonsslitasje enn et tetningselement ville være hvis det befant seg i den indre del av huset. Den svikter således ikke så lett som separate tetningselementer som er anbragt i strømmen og lett blir utsatt for det fulle trykk. Dessuten er det lett å skifte ut et element som en Ot-ring på spindelen ved bare å fjerne håndtaket.

Claims (1)

1. Kuleventil, omfattende et ventilhus som er utført i ett stykke av et støpbart, ikke-metallisk materiale og utformet med inn- og utløp med stusser for tilslutning av rørfor-bindelser til hver side av ventilhuset, og et i ventilhuset dreibart lagret, kuleformet ventillegeme utformet med en gjennomgående, sylindrisk passasje og bevegelig mellom en åpen stilling, i hvilken ventilhusets inn- og utløp er i flukt med passasjen, og en lukket stilling, i hvilken passasjen gjennom ventillegemet ikke er i flukt med ventilhusets inn- og utløp, karakterisert ved at ventillegemet (9) i det minste ved den ene ende av sin sylindriske passasje er utformet med en i hovedsaken plan flate (15) som befinner seg mellom passasjens (11) periferi og en ytre omkrets, og at ventilhuset (1) er utformet i ett stykke med minst én leppetetning (16) som i ventilens åpne stilling forløper radialt innad forbi den plane flates (15) ytre diameter (14).