NO155742B - Ventilsete. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et ventilsete for reguleringsventil som har et dreibart ventillegeme for åpning og lukning av ventilen, hvilket ventilsete omfatter et ringformet, polymert organ med et hovedsakelig radialt utover åpent spor og med en seteflate innrettet til å danne tettende kontakt med ventillegemet når dette er lukket, samt fjærorganer som er lagret i sporet.

Ventiler som omfatter dreibare ventillegemer, slik som spjeldventiler, brukes i stor utstrekning i industrien, for regulering og styring av fluidstrømmer. Slike ventiler, særlig dreiespjeldventiler, har vært brukt for styring av forskjellige fluidstrømmer ved omgivelsestemperaturer eller moderate temperaturer og trykk, ettersom materialene som van-ligvis benyttes i setene til slike ventiler har en tendens til å flyte eller å ekstruderes ved høye temperaturer, slik at det oppstår lekkasje i ventilen. Dessuten er mange slike materialer, for eksempel visse typer gummi, meget utsatt for kjemiske angrep fra visse fluider, og er således uakseptable for bruk i ventiler som benyttes for slike fluider.

Det finnes forskjellige polymermaterialer som er helt inerte, på den måte at de motstår kjemiske angrep og nedbrytning, og dessuten tåler høye temperaturer. Av slike polymerer skal nevnes fluorkarbonharpikser eller polymerer, slik som for eksempel polytetrafluoretylen. Mens fluorkarbonpolymerene har utmerkede egenskaper når det gjelder å motstå kjemiske angrep og tåler høye temperaturer, har de liten eller ingen elastisitet, og har en tendens til å kaldflyte når de utsettes for gjentatte belastninger. Slike polymerer mangler "formhukommelse" og når de komprimeres, gjentatte ganger eller i lengre perioder, inntar de ikke senere sin opprinne-lige form. Ventilseter laget av polytetrafluoretylen eller lignende materialer vil etter at de er tilstrekkelig påkjent gjentatte ganger bli skadet på grunn av kaldflyting i en slik grad at de ikke tetter effektivt, og de medfører derfor lekkasje gjennom ventilen.

Det er kjent ventiler med dreibare ventillegemer, og som har seter der et tynt belegg av polytetrafluoretylen eller lignende material er påført et underlagsmaterial av gummi, for å oppnå en ventil med et sete som tåler kjemiske angrep, og som i en viss grad kan tåle høye temperaturer, men som ikke utsettes for kaldflyting på grunn av elastisiteten i underlags-materialet av gummi. Det er også kjent ventiler med dreibare ventillegemer, i hvilke et sete av polytetrafluoretylen trykkes radialt innover ved hjelp av en fjær, for å hindre kaldflyting.

For seter der det benyttes fjærer eller elastomerer, for eksempel gummi, for å gi "formhukommelse" til et sete av polytetrafluoretylen, oppstår kontakt mellom ventilspjeldet og setet lenge før spjeldet er beveget til helt lukket stilling, og kontakten øker etterhvert som spjeldet beveges til lukket stilling. Denne kontakt mellom spjeld og sete bevirker slitasje, særlig i området ved opplagringen av spjeldet, det vil si i de diametralt motstående områder der spjeldet er dreibart lagret gjennom setet. Ved slike kjente ventiler er dreiemomentet på spjeldet og således dimensjo-neringen av drivanordningen av betydning ettersom det oppstår betydelig motstand mot lukning lenge før spjeldet er beveget til helt lukket stilling. Disse problemer kan delvis unngås ved bruken av spjeld som er forsatt til begge sider, hvilket kan hindre kontakt mellom spjeldet og setet i opptil 60 -

70° av spjeldbevegelsen fra åpen til lukket stilling. Imidlertid vil det oppstå kontakt under de siste 20 - 30°

av bevegelsen, hvilket bevirker problemer med slitasje på setet.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å komme frem til et ventilsete som medfører en løsning av dette problem.

Et annet formål med oppfinnelsen er å komme frem til et ventilsete av et material som er kjemisk inert og som motstår

høye temperaturer.

Et annet formål med oppfinnelsen er å komme frem til et forbedret ventilsete som er laget av et polymermaterial som har tendens til å kaldflyte når det utsettes for gjentatte kompresjonsbelastninger.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved at fjærorganene har form av flere vindinger som er viklet rundt en buet endeflate i sporet, og som hver omfatter en snor eller streng hvis senterlinje hovedsakelig i hele strengens lengde forløper hovedsakelig perifert i forhold til seteflaten slik at i det minste noen av vindingene er i kontakt med setet, idet vindingene i ventilens lukkede stilling er utsatt for strekkspenninger som følge av perifer tøyning.

Snoren eller strengen kan være dannet av et passende metall, med slike elastiske og styrkemessige egenskaper at i en viss stilling under bevegelsen av spjeldet til lukket stilling vil setet og vindingene ekspandere radialt utover, hvilket bevirker strekkspenninger i vindingene. Slike spenninger vil bevirke en radialt innover rettet kraft som forhindrer ekspansjon av setet og bevirker tetning mellom spjeldet og setet. Kreftene ligner de krefter som oppstår i en tynn-vegget trykkbeholder som utsettes for innvendig trykk.

En vesentlig fordel ved denne understøttelsen av setet er

at vindingene har liten eller ingen evne til å danne motstand mot radial ekspansjon av setet før spjeldet nesten er fullstendig lukket. Således vil kontakten mellom spjeldet og setet når spjeldet nærmer seg lukket stilling ikke bevirke en slik grad av kontakt som oppstår når setet påvirkes av en fjær eller en elastomer. Det oppnås derfor en vesentlig minsket seteslitasje og minsket dreiemoment på spjeldet.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere, under henvisning til en foretrukket utførelsesform, vist på de

vedføyde tegninger.

Fig. 1 viser et snitt gjennom en dreiespjeldventil med et

sete i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 viser ventilen i fig. 1 sett fra siden.

Fig. 3 viser i forstørret målestokk, sett i snitt, en del

av spjeldet, ventilsetet og ventilhuset vist i fig. 1, før stengning av spjeldet.

Fig. 4 viser, på lignende måte som fig. 3, spjeldet, ventil setet og ventilhuset, med spjeldet i lukket stilling. Fig. 5 viser virkningen av trykk på en side av ventilsetet. Fig. 6 viser virkningen av trykk på den annen side av

ventilsetet.

Oppfinnelsen skal beskrives under henvisning til en spjeldventil, men det vil forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til en slik ventil. Ventilsetet kan anvendes for ventiler med andre typer dreibare ventillegemer, slik som for eksempel en kuleventil, en kikkran o.s.v.

Fig. 1 viser en spjeldventil 10, med et hovedsakelig ringformet ventilhus 12 som har en gjennomgående fluidkanal 14. Ventilhuset 12 er beregnet for å anbringes mellom motstående rørflenser (ikke vist). Ut fra ventilhuset 12 rager en sylindrisk hals 16 utformet i ett med huset 12. En flens 18 utformet på halsen 16 utgjør et middel for festing av en drivanordning (ikke vist) til ventilen 10. Diametralt motsatt av halsen 16 rager et boss 20 ut fra huset 12.

Dreibart lagret i fluidkanalen 14 er et ventilspjeld 22, som har en rundtgående tetteflate 23 som er avrundet. Spjeldet 22 holdes av en første spindel 24 anordnet i en boring 26 i halsen 16 og en annen spindel 28 anordnet i en boring 30 i bosset 20. Spindelen 24 er festet til spjeldet 22 ved hjelp av tapper 34 og 36. På lignende måte er spindelen 28 festet til spjeldet 22 ved hjelp av en tapp 40.

Spindelen 24 er lagret i boringen 26 ved hjelp av en hylse 42. Fluidet hindres i å trenge ut fra ventilen 10 gjennom boringen 26 ved hjelp av pakningsringer 44, som holdes på plass av en pakningshylse 46. Den øvre ende 25 av spindelen 24 rager over den sirkelformede flensen 18, og har innbyrdes motstående, plane flater 40, som utgjør midler for anbrin-gelse av et ratt, en skruenøkkel eller annen drivanordning, for å dreie spjeldet 22 for å åpne og lukke ventilen 10.

Spindelen 28 er lagret i boringen 30 ved hjelp av en hylse 50. Spindelen 28 har dessuten en utragende bolt 52 som er gjenget og skrudd inn i en gjenget boring 54 i en posisjoner-ingshylse 56. Posisjoneringshylsen 56 har en flens 58 som ligger mot enden av bosset 26, for å hindre bevegelse av posisjoneringshylsen 56 i boringen 30. Posisjoneringshylsen 56 holder spjeldet 22 på riktig plass i akseretningen til spindlene 24 og 28. Posisjoneringshylsen 56 holdes på plass av en dekkplate 62, som også tetter boringen 30 mot fluid-lekkasje, idet dekkplaten er festet med bolter 80 til bosset 20, og har en utsparing for flensen 58, idet en pakning 63 er anordnet mellom dekkplaten 62 og bosset 20.

Tetning mellom spjeldet 22 og ventilhuset 12, rundt om-kretsen av fluidkanalen 14, oppnås ved hjelp av et ringformet sete 60.

Setet 60 er anbragt i en utsparing 70 på en side av huset 12, hvilken utsparing har en ringformet skulder 71 (se fig. 3 - 6) utstyrt med ringformede riller 100 som rager aksialt ut fra skulderen 71. Når setet 60 er anbragt i ventilen 10 og ventilen 10 er festet mellom rørflenser, komprimeres setet 60 mot rillene 100 av en ringformet holdeplate 72 som er ført inn i en utsparing 74 på en side av huset 12. Det vil fremgå at holdeplaten 72 også er utstyrt med rundtgående riller 73.

Som vist i fig. 3-6, har setet 60 hovedsakelig U-formet tverrsnitt, med et radialt utover åpent, ringformet spor 68 avgrenset av rundtgående flenser 68a og 68b. I sporet 68 er anbragt en støttering 66, som kan være en splittet ring (se fig. 2) og er utstyrt med riller 101a og 101b på hver av sine aksialt vendende sider. I henhold til en foretrukket ut-førelsesform er ventilsetet 60 og støtteringen 66 slik dimen-sjonert at summen av de aksiale tykkelser til flensene 68a og 68b og støtteringen 60 er større enn avstanden mellom rillene 100 på skulderen 61 og rillene 73 på holdeplaten 72. Følge-lig, og fordi setet 60 er av et polymermaterial, vil rillene 101, 101b, 101a og 73, når platen er anbragt mot ventilhuset 12 og ventilen 10 er festet mellom rørflenser, trenge inn i flensene 68a og 68b, og bevirke fastholding av setet og tetning mellom det ytre kantparti av setet 60 og ventilhuset 12, og hindrer "utdriving" av setet når ventilen 10 utsettes for høyt trykk, et vanlig problem som oppstår med seter laget av polymermaterial.

Sporet 68 er innerst avgrenset av en buet flate 69. Viklet rundt flaten 69 er flere vindinger 102, av et material som er tilstrekkelig elastisk i lengderetningen til å virke som et elastisk bånd mot setet 60 når spjeldet 22 er i lukket stilling, slik at vindingene 102 strekkes i omkretsretningen når setet 60 og spjeldet 22 ligger tettende mot hverandre.

Vindingene 102 kan omfatte en enkelt streng eller snor som er viklet flere ganger rundt flaten 69, eller alternativt kan vindingene omfatte flere strenger eller snorer som er viklet rundt flaten 69. I henhold til en foretrukket utførelsesform er vindingene 102 viklet rundt flaten 69 slik at setet 60 ikke påvirkes før spjeldet 22 er nesten helt lukket, det vil si at radiale krefter mellom setet 60 og spjeldet 22 er meget små. Det vil imidlertid forstås at dersom det ønskes et setetrykk for fullstendig lukking, det vil si før spjeldet 22 er ført fullstendig tettende mot setet 60, kan vindingene 102 være slik viklet at setet 60 er forspent, før spjeldet 22 er i kontakt med setet.

Vindingene 102 er fortrinnsvis dannet av metalliske materialer, slik som rustfirtt stål eller lignende. Imidlertid kan også vindingene 102 være laget av andre materialer, slik som for eksempel nylonfilamenter eller andre syntetiske polymermaterialer, termoplastiske eller termoherdende, hvilke gir de nødvendige elastiske og styrkemessige egenskaper for å kunne gi en radialt innover virkende kraft på ventilsetet når ventilelementet og setet ligger tettende mot hverandre, hvor-ved vindingene er strukket, det vil si når ventilen er lukket. For eksempel kan anvendes filamenter av nylon, polyester o.s.v. Det primære ved valg av material i vindingene 102 er at det har de nødvendige egenskaper som angitt ovenfor med hensyn til å gi radial kraft, og at det tåler de temperaturer som ventilen utsettes for. Når således ventilen skal benyttes for høyt trykk og høy temperatur, foretrekkes vindinger av et metallisk material. Uttrykket streng eller snor benyttes her ikke bare om filamenter eller fibre, for eksempel monofila-menter, men omfatter også flettet tråd eller lignende der de enkelte filamenter eller fibre er benyttet for å danne en sammensatt streng eller snor av flere filamenter. Et eksempel på en egnet multifilamenttråd for å danne vindingene 102 er et material kjent som ACCULON AN 27 fremstilt av Cable Strand Corporation, Long Beach, California. ACCULON AN 27 består av syv tråder med diameter på 0,125 mm, av 302 rust-fritt stål, flettet og omgitt av et belegg av nylon. Som et typisk eksempel skal nevnes en spjeldventil med et sete som beskrevet ovenfor, og som er påviklet ti vindinger av ACCULON AN 27, hvilket sete hadde utmerkede egenskaper med hensyn til å tåle høy temperatur og høyt trykk.

Den foreliggende oppfinnelse angår særlig ventilseter som er laget av polymermaterial, enten naturlig eller syntetisk, som har liten eller ingen elastisitet og som har en tendens til å kaldflyte når det utsettes for gjentatte belastninger. Slike materialer mangler "formhukommelse", slik at når de utsettes for gjentatte eller varige belastninger, går de ikke tilbake til den form de hadde før belastningen. Et typisk eksempel på slike polymermaterialer er fluorkarbonharpikser, slik som polytetrafluoretylen. Fluorkarbonharpikser er vel egnet som polymermaterial for et ventilsete i henhold til den foreliggende oppfinnelse, på grunn av at de er kjemisk inerte og tåler høy temperatur. Polymermaterialet som ventilsetet lages av kan inneholde tilsetningsstoffer eller fyllstoffer, for eksempel forsterkende materialer, og det kan være en blanding av to eller flere polymermaterialer, og materialet kan til-passes de bruksforhold ventilen er beregnet til.

Det kan også være ønskelig å anordne midler for å hindre at vindingene 102 skjærer inn i setet, særlig når de er metalliske. For dette formål kan metallsnorene eller -strengene innkapsles i et slitesterkt material, slik som nylon. Alternativt kan en avskjerming eller barriere anbringes mellom flaten 69 og vindingene 102. En slik barriere bør værre av slitesterkt material, men må ikke hindre de nødvendige beveg-elser av vindingene 102 og setet 60. Fig. 3 viser ventilen i åpen tilstand, og det vil fremgå at setet har en ringformet, avskrådd anleggsflate 61. Når setet beveges i retning av pilen A, det vil si mot lukket stilling (se fig. 4), uten at noen fluidstrøm eller noe trykk virker mot spjeldet 22, vil tetteflaten 23 på spjeldet 22 og den avskrådde tetteflaten 61 på setet 60 komme i innbyrdes kontakt, og setet 60 vil bli deformert, i området 101, det vil si at det vil deformeres aksialt mellom huset 12 og platen 72. I den tilstand som er vist i fig. 4, det vil si når det ikke er noen strømning eller noe trykk, og følgelig ingen deformasjon av spjeldet, trykkes setet 60 radialt utover, og den radiale ekspansjon medfører et trykk mellom spjeld og sete, dannet av vindingene 102 som strekkes i lengderetningen og medfører en kraft som virker radialt innover, og søker å trykke skråflaten 61 på setet 60 til tettende anlegg mot tetteflaten 23 på spjeldet 22. Fig. 5 viser situasjonen når det skjer en strømning gjennom ventilen i retning av pilen P^, idet trykket som virker mot spjeldet 22 medfører en deformasjon av dette, hvilket kompenseres for ved at setet 60 beveger seg aksialt i strømnings-retningen, det vil si i retning av pilen P^. Imidlertid vil den radialt innover virkende kraft på grunn av vindingene 102 opprettholde et tilstrekkelig trykk mellom setet 60 og spjeldet, slik at det oppnås tetning selv om trykket er for-holdsvis høyt.

Fig. 6 viser beliggenheten av spjeldet 22 og setet 60 når det virker et trykk som gir en kraft i retning av pilen P^, det vil si i motsatt retning av den strømningsretning som er vist i fig. 5. Som vist, kompenseres det for deformasjon av spjeldet ved aksial bevegelse av setet 60 mot holdeplaten 72. Det opprettholdes trykk mellom spjeldet og setet på grunn av den radiale kraft som dannes av vindingene 102, og skråflaten 61 på setet 60 og tetteflaten 23 på spjeldet 22 drives til

innbyrdes tettende anlegg.

Claims (9)

1. Ventilsete for reguleringsventil som har et dreibart ventillegeme (22) for åpning og lukning av ventilen, hvilket ventilsete omfatter et ringformet, polymert organ (60) med et hovedsakelig radialt utover åpent spor og med en seteflate (61) innrettet til å danne tettende kontakt med ventillegemet når dette er lukket, samt fjaerorganer (102) som er lagret i sporet, karakterisert ved at fjærorganene har form av flere vindinger (102) som er viklet rundt en buet endeflate (69) i sporet (68), og som hver omfatter en snor eller streng hvis senterlinje hovedsakelig i hele strengens lengde forløper hovedsakelig perifert i forhold til seteflaten (61) slik at i det minste noen av vindingene er i kontakt med setet, idet vindingene i ventilens lukkede stilling er utsatt for strekkspenninger som følge av perifer tøyning.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at vindingene er dannet av en enkelt tråd.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at vindingene er dannet av flere tråder.

4. Anordning som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at et ringformet støtte-element er anordnet i sporet.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at støtteelementet er en splittet ring.

6. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at støtteelementet er utstyrt med midler for fastholding av setet.

7. Anordning som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at setet er dannet av fluorkarbonharpiks.

8. Anordning som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at vindingene består av metallisk material.

9. Anordning som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at ventilen er en spjeldventil.