NO148608B - Kuleventil, saerlig for kryogene driftsforhold - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en kuleventil, særlig for kryogene driftsforhold, omfattende et ventilhus med en kanal for fluider, idet kulen er utstyrt med sfæriske tetningsflater, slik beliggende i forhold til dreieaksen at de beveger seg langs en ekssentrisk bue når kulen dreies, og idet tetningsanordninger er ahbragt på ventilhuset, i området for de sfæriske flater på kulen, hvilke tetningsanordninger er innrettet til å bevege seg til tettende anlegg mot de sfæriske flater på kulen ved pådrag av inn-løpstrykket, ved at tetningsanordningene, idet minste på ventilens innløpsside, omfatter en ringformet tetningsholder med en fleksibel membranflens som igjen er festet til ventilhuset og holder primære tetningsorganer innrettet til å komme i avtettende kontakt med de sfæriske flater, idet membranen er forspent, slik at den virker som en fjær og gir et tetningstrykk for de primære tetningsorganer også

ved lave trykk i fluidet, og er innrettet til å påvirkes av fluidtrykket slik at tetningstrykket øker med økende fluidtrykk.

Det er tidligere kjent høytrykks spjeldventiler for bruk ved lave temperaturer. En slik ventil er beskrevet US-PS 3.260.496. Denne kjente ventil omfatter en skive med en sfærisk flate anordnet forsatt i forhold til tetningsringene for oppnåelse av absolutt tetning. Speldelementet i en spjeldventil gir høye trykkfall ved anvendelser med høye trykk, hvilket gjør det nødvendig å kontruere spjeld-elementet relativt tykkvegget. Spjeldventiler er hoved-sakelig anvendbare ved ledningstrykk i omradet 20 kp/cm 2. Andre tidligere kjente ventiler som omfatter sfæriske tetningsanordninger og/eller sfæriske ventilelementer er beskrevet i US-PS 2.809.011, 2.015.849 og 125.792. Disse patenter angir også det trekk aten del av et <y>entilelement er anordnet med forsatt dreieakse for oppnåelse av god tetning.

Kuleventiler med fritt opplagrede kuler utsettes for høye belastninger og høy slitasje ved normal bruk. Tidligere kjente kuleventiler krever vanligvis kompliserte meka-nismer for å oppnå avlastning av ventilsetet før dreining,

og for å' beskytte tetningsringene mot å ødelegges for tidlig. I en ventil med fritt eller halvfritt opplagret kule understøtter ventilsetene kulen, og ledningstrykket trykker kulen i kontakt med et fastsittende metallsete. Kuleventiler gir til forskjell fra spjeldventiler små trykkfall, og kan brukes i trykkområdet mellom 40-180 kp/cm 2. Ved lavtemperaturanvendelser har tetninger med glidende kontakt vist seg å være upålitelige.

Et annet problem med kuleventiler av den innledningsvis angitte type oppstår ved hurtige temperaturforandringer, f.eks. ved at ventilen gjennomstrømmes av et fluid med lav temperatur når selve ventilen f.eks. har værelsestempera-tur når gjennomstrømningen starter. En slik temperatur-forandring kan medføre at tetningstrykket blir utilstrekkelig. Dette kan inntreffe selv om de forskjellige deler i ventilen har omtrent samme temperaturutvidelseskoeffisient, fordi de deler som er i direkte kontakt med det strømmende, kalde fluid vil nedkjøles hurtigere enn de øvrige deler.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en kuleventil som løser dette problem.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd med en kuleventil som angitt i det etterfølgende patentkrav.

Ved hjelp av det fjærende ringelement, som f.eks. ved bruk av settskruer kan forspennes mot trykkringen, slik at ringelementet oppfører seg som en tallerkenfjær, oppnås at tetningstrykket for det sekundære tetningsorgan langs ytterkanten av membranflensen opprettholdes til tross for

hurtige temperaturforandringer.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere, under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser et snitt gjennom ventilen, i lengderetning av kanalen for et strømmende fluid. Fig. 2 viser et forstørret snitt av området omgitt av linjen 2 i fig. 1, og Fig. 3 viser skjematisk kulen og tetningselementene i ventilen vist i fig. 1, samt den eksentriske bevegelse av kulen.

Ventilen 10 omfatter et hus 11 med en fluidkanal 12. Ventil-legemet for ventilen er en kule 13 med en midtre åpning 13 A som har en diameter som er omtrent den samme som den indre diameter i fluidkanalen 12 og de tilhørende rørledninger (ikke vist). Kulen 13 samvirker med tetningsanordninger 14 som omfatter et primært, statisk tetningsorgan 14 S og en sekundær, dynamisk tetningsholder 14 D. Den dynamiske tetningsholder 14 D holder det statiske tetningsorgan 14 S som samvirker med tetningsflåtene på kulen . 13, slik at det skal beskrives nærmere i det følgende. Kulen 13 er lagret på dreietapper 13 T og 13 B anordnet i ett med

kulen 13, slik som vist. Den øvre tapp 13 T er sammen-koblet med en reguleringsaksel 24, som i sin tur er sammen-koblet med et reguleringsratt.

Kulen 13 er utstyrt med sfæriske tetningsflater 13 S for samvirke med tetningsanordningene 14. En skjematisk frem-stilling av kontruksjonen og anordningen av kulen 13 er

vist i figur 3.

I figur 3 er kulen 13 vist sett ovenfra, anordnet i fluidkanalen i lukket stilling. De effektive tetningsflater på kulen 13 er vist i tettende samvirke med tetningene 14. Når kulen 13 ses ovenfra, er den høyre kuleradius for kulen 13 forsatt oppover fra den normale senterlinje eller oppover fra dreieaksen P for kulen. På lignende måte er den venstre kuleradius forsatt under dreieaksen P. Kulen 13 er slik konstruert at denne forsatthet bare opptrer i det viste plan. Sideplanene for kulen 13 er avgrenset på kulen mellom de sfæriske flater, og befinner seg på den normale senterlinje for kulen. Ved denne anordning er tetningene 14 i tettende forhold til de sfæriske flater 13 S på kulen 13. Når tetningene 14 er innmontert i ventilhuset 11, er en dreining av kulen 13 90° mot urviserne nødvendig for å bringe åpningen 13 A i kulen på linje med fluidkanalen 12 i ventilhuset 11. Under denne regulering vil kulen 13 dreies om dreieaksen P, og under dreiningen vil begge de sfæriske flater på kulen 13 bevege seg langs en ekssentrisk bue bort fra tetningene 14 på hver side. Anordningen av kulen 13 slik at den beskriver en ekssentrisk bue hindrer skrapning eller gnisning og deformering. Kulen 13 er vist i samme lukkede stilling i figur 3.

Tetningsanordningene 14 er innmontert i ventilhuset 11 i nærheten av de effektive tetningsflater 13 S på kulen 13. Tetningsanordningen 14 omfatter det primære, statiske tetningsorgan 14 S, se figur 2. Den dynamiske tetningsholder 14 D er ringformet og holder tetningsorganet 14 S ved en ende, for tettende samvirke med den effektive tetningsflate 13 S på kulen 13. Tetningsorganet 14 S kan være laget av hvilket som helst vanlig material, slik som plast eller lignende, alt etter anvendelsen av ventilen 10. For lavtemperatur-anvendelser kan tetningsorganet

14 S være laget av f.eks. PTFE. Den ytre flate 14 SS

på tetningsorganet 14 S er avskrådd for å gi tetning mot den samvirkende sfæriske flate på kulen 13 når delene

er i innbyrdes kontakt, slik som vist i figur 1. I samband med tetningsholderen 1,4 D er en trykkring 15 anbragt i ventilhuset 11, for å feste tetningsholderen 14 D til ventilhuset. Trykkringen 15 er også innrettet til å feste tetningsorganet 14 S til tetningsholderen 14 D i utsparingen 14 SR i denne. Trykkringen 15 er innrettet til å ligge mot den del av tetningsholderen 14 D som utgjør en membranflens

14 DT, for å feste denne til ventilhuset 11 og til å dekke det øvre parti av tetningsorganet 14 S. Et bånd 16 av PTFE er anordnet i en utsparing øverst i tetningsholderen 14 D, mellom endene av denne for glidende anlegg mot den undre overflate av trykkringen 15, slik det best fremgår av figur 2. Et ringelement 17 med innsatt settskrue 18 låser trykkringen 15, og derved tetningsholderen 14 D, til ventilhuset 11. Ringelementet 17 er anordnet med en låsering 19 innsatt mellom den ytre flate av ringelementet 17 og den inntilliggende flate av ventilhuset 11. Denne anordning muliggjør at tetningsholderen 14 D kan belastes. På grunn av de trykk i fluidkanalen 12 som ventilen 10

kan anvendes for, vil tetningsholderen 14 D bevege seg mot de effektive tetteflater 13 S på kulen 13, slik at den primære tetteflaté 14 SS bringes til tettende samvirke^ med disse. Ved normal anvendelse av ventilen 10 for høye trykk kan f.eks. innløpstrykket være 150 kp/cm 2, hvilket er tilstrekkelig til at tetningsholderen 14 D reagerer.

Det vil forstås at flere settskruer 18 er fordelt rundt ringelementet 17.

Tetningsholderen 14 D virker dessuten som en fjær som gir en anleggskraft for tetningsorganet 14 S, for oppnåelse av tett stenging ved lave ledningstrykk. Ved høyere ledningstrykk oppnås tett stenging på grunn av at tetningsholderen 14 D gir en ytterligere anleggskraft, fordi den påvirkes av trykket i innløpsledningen, hvilket trykk gjør at holderen beveger seg mot kulen 13 og forskyver tetningsorganet 14 S til tettere anlegg mot de effektive tetningsflater 13 S på kulen 13. Denne fordelaktig virkning oppnås ved hjelp av den fleksible membranflens 14 DT på tetningsholderen 14 D som understøttes av eller ligger mot den tilstøtende flate på trykkringen 15. Denne anordning av den sekundære tetningsanordning gjør at tetningsholderen 14 D påvirkes av trykket i innløpsledningen, og ettersom trykket bygges opp og membranvirkningen på tetningsholderen 14 D gjør at den blir liggende an mot den tilstøtende flate på trykkringen 15, opprettholdes tetning,selv om det oppstår store trykkvariasjoner.

Ringelementet 17 er utformet for å virke som en tallerkenfjær for opprettholdelse av tilstrekkelig tetningskraft for tetningsorganet 14 S også i tidsperioder når det skjer en hurtig forandring av temperaturen, fra omgivelsestempe-ratur til lav temperatur. Selv om de metalliske materialer i ventilen har omtrent de samme temperaturutvidelses-koeffisienter, nedkjøles de forskjellige deler med innbyrdes forskjellig hastighet, avhengig av deres masser og nærhet til det strømmende fluid. Ringelementet 17 kompenserer for de innbyrdes bevegelser som skyldes temperaturforandringer og bevirker at trykkringen 15 opprettholder sitt trykk

mot membranflensen 14 DT.

Claims (1)

1. Kuleventil, særlig for kryogene driftsforhold, omfattende et ventilhus (11) med en kanal for fluider, idet kulen (13) er utstyrt med sfæriske tetningsflater (13 S), slik beliggende i forhold til dreieaksen at de beveger seg langs en ekssentrisk bue når kulen dreies, og idet tetningsanordninger er anbragt på ventilhuset, i området for de sfæriske flater på kulen, hvilke tetningsanordninger er innrettet til å bevege seg til tettende anlegg mot de sfæriske flater på kulen ved pådrag av innløpstrykket, ved at tetningsanordningene, i det minste på ventilens innløps-side, omfatter en ringformet tetningsholder (14 D) med en fleksibel membranflens (14 DT) som igjen er festet til ventilhuset (11) og holder primære tetningsorganer (14 S) innrettet til å komme i avtettende kontakt med de sfæriske flater (13 S), idet membranen er forspent, slik at den virker som en fjær og gir et tetningstrykk for de primære tetningsorganer også ved lave trykk i fluidet, og er innrettet til å påvirkes av fluidtrykket slik at tetningstrykket øker med økende fluidtrykk,karakterisert ved at et v. sekundært tetningsorgan er dannet langs ytterkanten av membranflensen (14 DT) ved at flensen er pådratt mot en ringformet skulder i ventilhuset ved hjelp av et fjærende ringelement (17), via en mellomliggende trykkring (15), idet ringelementet er fastholdt ved hjelp av en låsering (19), og omfatter ele-menter (18), slik som aksiale settskruer som er innrettet til å justeres aksialt i forhold til ringelementet, for derved å forspenne ringelementet etter prinsippet for en tallerkenfjær.