NO148935B - Dreiespjeldventil - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en dreiespjeldventil omfat--tende et ringformet ventilhus, et skiveformet ventillegeme som har en dreieaksel og er dreibart lagret i det nevnte ringformede ventilhus ved hver ende av dreieakselen for åpning eller steng-ning, og en setering med ringformet tetningsflate som samvirker med ventillegemet, hvor tetningsflaten har to første motstående delflater som befinner seg i nærheten av hver sin ende av dreieakselen samt to andre motstående delflater som strekker seg fra hver sin av de to første delflater

Det er alminnelig kjent at en dreiespjeldventil har en setering fremstilt av et elastisk materiale, såsom gummi, som er anordnet mellom innerflaten av et ringformet ventilhus og om-kretsdelen på et skiveformet ventillegeme.

Ventiler av den innledningsvis nevnte art er kjent i forskjellige utførelser, og det kan f.eks. henvises til US patent 4 025 050 og til tysk BRDpatent 2 503 727 og de publikasjoner som det henvises til i de to patentskrifter.

Ved denne innledningsvis nevnte type dreiespjeldventiler har man imidlertid den ulempe at ved dreining av ventillegemet for åpning eller lukking vil selve ventillegemet legge seg inn mot flaten på seteringen når det nærmer seg endestillingen. Dette hindrer en hurtig åpning eller lukking av ventillegemet, sær-lig når det påvirkes av et drivorgan med et lite dreiemoment. Det kreves tvertimot drivorganer med stort dreiemoment for hurtig åpning og lukking av-fluidumbanen. En annen ulempe med samme årsak er at hver gang det foretas en åpning eller lukking, slites seteringen mer enn nødvendig med den følge at ventilens levetid forkortes.

Hensikten med oppfinnelsen er å unngå de nevnte ulemper ved ventiler av den innledningsvis nevnte art og dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at hver av de andre delflater har sin maksimale bredde på midten mellom nevnte første delflater, idet bredden av hver av de andre delflater gradvis øker fra et sted nær de første delflater til nevnte sted på midten av den andre delflate, hvilken bredde er avgrenset med omkretskanter dannet på hver side av hver andre delflate, og hvor de nevnte omkretskanter hver strekker seg etter en kurve bestemt ved en del av en trigonometrisk funksjon.

Fordelen ved utførelsen ifølge oppfinnelsen er at dreiemomentet som er nødvendig for å dreie ventillegemet når ventilen er nesten lukket reduseres.

Seteringen kan være utstyrt med et ringformet fremspring, hvis overflate er innrettet til å danne nevnte tetningsflate. Seteringen kan alternativt være utstyrt med et ringformet spor, hvis overflate er innrettet til å avgrense den nevnte tetningsflate. Den omtalte trigonometriske funksjon kan være en cosinus av en vinkel mellom -60 grader og +60 grader. Ventillegemet kan være understøttet av ventilhuset ved hjelp av en ventilstamme og seteringen kan ha hull for innføring av stammen eller spindelen på stedene ved endene av dreieakselen.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av et eksempel og under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et frontriss av en utførelse av en dreiespjeldventil ifølge foreliggende oppfinnelse og viser at fluidumbanen er stengt av ventillegemet, fig. 2 er et perspektivriss av dreie-sp jeldventilen ifølge fig. 1 og viser fluidumbanen litt åpen, fig. 3 er et spesielt detaljriss av et ventillegeme og en setering i den på fig. 1 viste dreiespjeldventil, fig. 4 er et utbrettet riss av halve omkretsen av den på fig. 1 viste setering, fig. 5 er et skjematisk riss av den på fig. 1 viste dreiespjeldventil og viser kontaktforholdet mellom ventillegemet og et fremspring på seteringen, og fig. 6 er et snitt lagt langs linjen VI-VI i den på fig. 1 viste dreiespjeldventil. Fig. 7 er et utbrettet riss av en annen utførelse av en setering og viser halve omkretsen av en dreiespjeldventil ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 er et snitt av enda en annen utførelse av en setering lagt langs linjen VI-VI på fig. 1 på samme måte som fig. 6, og viser at tetningsflaten dannes av en konkav flate, og fig. 9 er et frontriss av enda en ytterligere utførelse av en setering og et ventillegeme.

På fig. 1 til 3 er det vist et ringformet ventilhus 2 laget av et stivt materiale, som er foret med et ringformet ventilsete 1 av elastisk materiale, såsom gummi, på en indre omkretsflate og sideflate. Setet 1 som er utstyrt med et fremspring 3 som er utformet i ett langs omkretsen på dette, er innpasset i ventilhuset 2 og har ringformede fremspring 5 som stikker diametralt motsatt hverandre og er utformet med et hull 4 som ligger ved sentrum, samt er bundet sammen med fremspringet 3. Hullet 4 går gjennom setet 1 og strekker seg inn i ventilhuset 2. Den øvre flate 6 på det ringformede fremspring er fremstilt plan og danner en glideflate, og hullet 4 opptar en ventilstamme 8 som er festet til ventillegemet 7, og er fremstilt av et stivt materiale, og flaten 6 fungerer som et lager for ventilstammen 8. Den øvre flate 6 på fremspringet 5 kan være konkavt utformet, slik som vist på fig. 9. Ved omkretsen av det skiveformede ventillegeme 7 er det i nærheten av ventilstammen 8 utformet en ringformet flate 9 som glir i kontakt med den øvre flate 6 på det ringformede fremspring 5 ved dreining av ventillegemet 7, og stammen 8 stikker ut fra denne flates sentrum. I den på fig. 9 viste utførelse er glideflaten 9 konvekst utformet.

Den øvre flate 10 på det ringformede fremspring 3 som danner tetningsflate, blir presset mot omkretsen 11 på ventillegemet 7 når dette er innstilt etter dreining til den på fig. 1 viste stilling, slik at det sikres at ventillegemet skal kunne avstenge fluidumbanen 31 gjennom ventilhuset 2. Tetningsflaten 10 er utformet slik at den langs omkretsen får gradvis økende bredde etterhvert som-den fjerner seg fra ventillegemets 7 rota-sjonssenterlinje 12, dvs. en linje som forbinder de to sentere for parene av hull 4. Dette betyr at fremspringet 3 er utformet slik at det får en glatt profil og med en bredde som blir gradvis smalere fra en stilling 13 lengst borte fra rotasjonsaksen 12 via'en midtre stilling 14 mot et hull 4.

Fig. 4 viser et grunnriss av en utbrettet setering 1, hvor medianen mellom et par hull 4 faller sammen med stillingen 13 som med tetningsflaten 10 kommer i kontakt med ventillegemet 7 ved den horisontale linje 17, perpendikulært på senterlinjen 12 gjennom sentrum 16 for ventillegemet 7. Som vist på fig. 4 er det konvekse fremspring 3 på seteringen 1 utformet bredest ved stillingen 13 og blir smalere på begge sider nærmere hullene 4.

En foretrukken form på profilet 15 som danner dette konvekse fremspring 3, skal nå forklares under henvisning til fig. 5 og 6. Fig. 5 er en skjematisk skisse av ventillegemet 7 og et fremspring 3 sett fra samme retning som i fig. 1. På denne teg-ning er det vist at rotasjonsradius for ventillegemet 7 ved stillingen 14 som omfatter en vinkel6fra sentrum 16 og med linjen 17 som er perpendikulær på rotasjonssenterlinjen 12, er r cos 6 der r er radius for ventillegemet 7. Fig. 6 viser på den annen side et skjematisk snitt som viser to stillinger som ventillegemet 7 inntar når det dreies fra åpen mot lukket stilling, hvor •> omkretsen 11 på ventillegemet 7 i den ene stilling berører fremspringet 3 på seteringen 1 fra stillingen 12 til stillingen 14, og i den andre stilling hvor hele omkretsen 11 av ventillegemet 7 er beliggende midt på fremspringet 3 på seteringen 1. Som det klart fremgår av fig. 6 og når en vinkel mellom ventillegemet 7 i det tilfelle omkretsen på dette berører fremspringet 3

i stillingen 14, og ventillegemet 7 i det tilfelle omkretsen 11 på dette ligger ved midten av fremspringet 3 på seteringen 1 representeres av a, og når en avstand fra sentret for omkretsen 11 på ventillegemet i tilfellet med berøring av fremspringet 3 til sentrum for fremspringet 3 representeres av 1, og tatt i be-traktning at rotasjonsradius for omkretsen 11 i stillingen 14

er r cos 6 fåes følgende forhold:

l = r cos ø- sin a = (r sin a) cos 9

og derved kan avstanden i skrives som en cosinusfunksjon.

Dvs. at ved å velge profilet 15 som en cosinuskurve som danner kantpartiet på sidene langs kantene på begge lengdesider langs det konvekse fremspring 3, som er vist på fig. 4, kan omkretsen 11 på ventillegemet 7 bli berørt eller løsgjort i hoved-saken på en gang i forhold til fremspringet 3 på seteringen 1 i samsvar med dreiningen av ventillegemet 7, slik at ventillegemet 7 kan dreies med et relativt lite dreiemoment.

Profilet 15 kan i realiteten forskyves tilfeldig fra cosinuskurven avhengig av dimensjonen på ventilen, tykkelsen ved omkretsen 11 av ventillegemet, størrelsen på det konvekse fremspring 3 på seteringen 1, eller tverrsnittsformen på fremspringet 3 (bueformet, triangulært eller trapes formet) . Profilet 15 kan således modifiseres på mange måter. Profilet 15 har i alle tilfelle sitt utspring i en funksjon av vinkelen0, f.eks. en trigonometrisk funksjon. I det tilfelle at tykkelsen ved omkretsen 11 på ventillegemet 7 er fast over hele omkretsen, behøver hel-ler ikke alle deler av profilet 15 å tilsvare en cosinuskurve, men at bare en del følger en cosinuskurve eller at hele profilet kan være utformet etter en kurve som tilsvarer cosinuskurven. Hvis videre hele profilet 15 er utformet etter en cosinuskurve, kan bredden 1 for det konvekse fremspring 3 i området ved hullet 4 bli for smal til å kunne fremstilles med tilstrekkelig styrke i selve materialet i seteringen, med tilstrekkelig varighet eller med tilstrekkelig nøyaktige verktøyformer, og derfor er det ikke nødvendig å la hele profilet 15 følge en cosinuskurve.

Det er undersøkt hvordan innflytelsen av en berøringsdel på omkretsen 11 mot seteringen 1 innvirker på dreiemomentet.

Ved stillingen 14 på fig. 1 representeres friksjonskraften pr. lengdeenhet mellom seteringen 1 og ventillegemet 7 av f, og radius for ventillegemet 7. er angitt med r. Da vil friksjonskraften pr. opptegnet lengdeenhet ved stillingen 14 og en vinkel

<j> med senterlinjen 12 bli f*r"A<t>, og det dreiemoment som må på-føres ventilstammen 8 for å dreie ventillegemet 7 mot friksjonskraften er da r-sin f rA(f>. Ved en integrasjon av denne ligning fra 0° til kan det totale dreiemoment Ts fåes ved en-kel beregnig, nemlig

Ts a (1 - cos

Det totale dreiemoment fra <f> = 0 til <j> = 90° blir da tatt som enhet, og dreiemomentverdier for flere verdier av <(> blir da føl-gende :

<j> = 0° dreiemomentf orhold = 0

= 0° til 30° dreiemomentf orhold . = 0,13

= 0° til 45° dreiemomentf orhold = 0,3

<j> 0° til 60° dreiemomentf orhold = 0,5

(j> = 0° til 90° dreiemomentf orhold = 1,0

Det fremgår klart av disse resultater at 70% av det totale dreiemoment belastes i området for $ fra 45° til 90°. Fra et praktisk syndpunkt følger av dette at profilet 15 for tetningsflaten 10 på fremspringet 3 bare behøver å være krummet eller, fortrinnsvis cosinuskrummet i området <j> fra 45° til 90°, fortrinnsvis fra 30° yil 90°.

Fig. 7 viser en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse som har den foran nevnte konstruksjon, og mellom hullet 4 og stillingen 13 har seteringen 71 en ventillegemestilling 18 som tilsvarer en vinkel 0 = 45° (det er lett å forstå at stillingen 18 blir medianen mellom hullet 4 og stillingen 13), og den del av tetningsflaten 10 på fremspringet 3 mellom de to stillinger 18 som også omfatter stillingen 13, har et krummet profil på

samme måte som i den første utførelse, og den andre del av tet-ningsf laten 10 er fremstilt med et rett profil.

Ved å gi seteringen 71 denne form samtidig som det oppnås hovedsakelig den samme funksjonelle effekt som med seteringen 1, kan bredden av fremspringet 3 på begge steder i nærheten'av ventilstammen 8 gjøres lengre enn det som er mulig fra det teore-tiske uttrykk for derved å unngå utilstrekkelig mekanisk styrke av seteringen i nærheten av ventilstammen og en økning av omkost-ningene med fremstilling av former for støping av seteringen.

Som forklart ovenfor avpasses ved å benytte en setering 1 eller 71 omkretsen på ventillegemet 7 først til å berøre den nedre del av det konvekse fremspring 3 på seteringen hovedsakelig samtidig og gradvis, og presses inn i seteringen avhengig av dreiningen av ventillegemet 7, hvilket resulterer i en øket tet-tevirkning. Åpning eller lukking av ventillegemet kan derfor ^ stoppes etter at det er dreid til en stilling der det fåes tilstrekkelig tetningsvirkning i samsvar med væsketrykket i fluidumbanen, som gjør det mulig å nedsette dreiemomentuttaket som kreves for drivorganet til et minimalt dreiemoment.

Selv når seteringen 1 er utslitt, kan ventillegemet 7 videre bli regulert stoppet i en stilling av det konvekse fremspring 3 som er høyere enn en konvensjonelt definert stoppstilling, slik at det kan fåes jevn tetthet i lang tid, og dette resulterer i at ventilen får en lang levetid.

Selv om det konvekse fremspring på seteringen i de foran nevnte utførelser er utformet bueformet i snitt og stikker innad, slik som vist på fig. 3 og 6, kan også foreliggende oppfinnelse benytte et fremspring som f.eks. har form av et trapes eller rektangel med rette avskråninger på begge sider av snittet. Formen på selve tetningsringen kan i tillegg være sirkulær, flerkantet, elliptisk eller trapesformet, og foreliggende opp- , finnelse kan anvendes sammen med de forskjellige slags former på seteringen.

Tetningsflaten på seteringen 1 kan i tillegg være utformet som et ringformet konkavt spor 19 som er smalest i nærheten av ventilstammen 8, slik det er vist på fig. 8, og i dette tilfelle kan det oppnås den samme virkning som med fremspringet 3 ved å foreta en nøyaktig bestemmelse av et punkt i en vilkårlig stilling av omkretsen 11 på ventillegemet 7 og krumningen på den kon-kave flate 19. En slik konkav tetningsflate 21 fører til at området for justeringsvinkelen for tetningstrykket utvides ved hjelp av ventillegemets vinkel.

Selv om det i de foran nevnte utførelser er vist en dreiespjeldventil med en ventilstamme 8 som går gjennom seteringen eller den såkalte sentrale type, kan foreliggende oppfinnelse anvendes for en dreiespjeldventil av den såkalte eksentriske type, som har en setering som har en nøyaktig jevn tverrsnitts-form over hele omkretsen. Foreliggende oppfinnelse kan på lig-nen måte også anvendes for en dreiespjeldventil som har et ventillegeme utstyrt med en elastisk ring rundt omkretsen eller for en type dreiespjeldventil som har en setering utformet i ett med ventillegemet eller ventilhuset eller også for en dreiespjeldventil som har en setering av metall.

Som foran nevnt vil ifølge foreliggende oppfinnelse ved dreining av ventillegemet omkretsen på dette fegynne å berøre og trenge inn i seteringen over hele omkretsen omtrent samtidig, slik at dreiemomentet for ventillegemet kan minskes så meget som mulig, og det nødvendige dreiemoment kan også minskes fordi det kan innstilles en optimal tetningskarakteristikk ved å regu-lere lukkestillingen for fluidumbanen gjennom ventilen.

Under dreining av ventillegemet er dette hindret i å trenge for langt inn i seteringen og derved kan seteringens levetid forlenges. Dessuten kan det oppnås kostnadsbesparelser ved en minskning av drivorganet som er anordnet utenfor ventilen på grunn av at dreiemomentet kan minskes.

Claims (6)

1. Dreiespjeldventil omfattende et ringformet ventilhus (2), et skiveformet ventillegeme (7) som har en dreieaksel og er dreibart lagret i det nevnte ringformede ventilhus (2) ved hver ende av dreieakselen for åpning eller stengning,og en setering (1) med ringformet tetnings flate (10) som samvirker med ventillegemet (7), hvor tetningsflaten (10) har to første motstående delflater som befinner seg i nærheten av hver sin ende av dreieakselen samt to andre motstående delflater som strekker seg fra hver sin av de to første delflater,karakterisert vedat hver av de andre delflater har sin maksimale bredde på midten (13) mellom nevnte første delflater, idet bredden av hver av de andre delflater gradvisøker fra et sted nær de første de"lflater til nevnte sted (13) på midten av den andre delflate, hvilken bredde er avgrenset med omkretskanter (15) dannet på hver side av hver andre delflate, og hvor de nevnte omkretskanter (15) hver strekker seg etter en kurve bestemt ved en del av en trigonometrisk funksjon.

2. Dreiespjeldventil ifølge krav 1,karakterisertved at seteringen (1) er utstyrt med et ringformet fremspring (3), hvis overflate er innrettet til å danne nevnte tetningsflate.

3. Dreiespjeldventil ifølge krav 1,karakterisertved at seteringen (1) er utstyrt med et ringformet spor (21), hvis overflate er innrettet til å avgrense den nevnte tetningsflate.

4. Dreiepjeldventil ifølge krav 1,2 eller 3,karakterisert vedat den nevnte trigonometriske funksjon er en cosinus av en vinkel mellom -60 grader og + 60 grader.

5. Dreiespjeldventil ifølge et av kravene 1-4,karakterisert vedat ventillegemet (7) er understøttet av ventilhuset (2) ved hjelp av en ventilstamme (8) og at seteringen (1) har hull (4) for innføring av stammen eller spindelen (8) på stedene ved erfdene av dreieakselen.

6. Dreiespjeldventil ifølge et av kravene 1-5,karakterisert vedat seteringen (1) er festet til ventilhuset (2).