NO155900B - Setering for ventil med dreibart ventillegeme. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en setering for ventil med dreibart ventillegeme og med et radialt innerste metallisk tetteparti som dannes av en aksialt og radialt bevegelig fri ende av seteringen og som på sin radialt ytterste side har konkav form, hvilket tetteparti er innrettet til tettende å ligge mot ventillegemet, og med et radialt ytterste festeparti for montering av seteringen i ventilen.

Ventillegemet er montert i en strømningskanal avgrenset av et ventilhus, slik at ventillegemet kan dreies mellom åpen og lukket stilling. Eksempler på slike ventiler er spjeldven-tiler, kuleventiler, kikkraner o.l. Ventilhuset som av-grenser strømningsbanen, særlig når det gjelder en spjeldventil, er vanligvis utstyrt med et ringformet ventilsete, innrettet til å komme i kontakt med omkretsen av ventilspjeldet, for å tette mot fluidlekkasje når ventilen er lukket. I noen tilfeller er slike ventilseter dannet av elastomere og/eller polymere materialer, men i noen tilfeller foretrekkes det å benytte et metallisk sete, for eksempel på grunn av de kjemiske og termiske forhold under bruk av ventilen. I alle tilfeller må setet rage litt radialt inn i strømningsbanen når ventilen er åpen, slik at når ventilen er lukket vil setet være ekspandert radialt utover av spjeldet, for å danne tetning. Dessuten, hvilket muligens er av enda større betydning, har spjeldet en tendens til å bli forskjøvet i aksial retning når ventilen er lukket, på grunn av trykkforskjellen, og det er viktig at setet også følger med i denne bevegelse for å opprettholde tetningen. Dersom ventillegemet og ventilhuset utsettes for termisk ekspansjon i forskjellig grad, bør setet kunne tilpasse seg den relative bevegelse som derved oppstår. Setet må også ha "formhukommelse", slik at når ventilen på nytt åpnes, vil setet innta sin opprinnelige form, slik at det danner tetning neste gang ventilen lukkes.

Typisk for metalliske ventilseter er at de har en fjærkarak-teristikk som gir den nevnte formhukommelse. I noen tilfeller er det imidlertid nødvendig å supplere disse iboende egenskaper til setet. Det har tidligere vært benyttet fjærer for dette formål. For eksempel har en skruefjær blitt anordnet slik at den omgir setet, eller tettepartiet til dette, for å gi formhukommelse.

Slike tidligere kjente anordninger innebærer flere ulemper. For eksempel, når de brukes ved høye temperaturer, vil fjæren miste sin elastisitet og opphøre å utføre sin funksjon med hensyn til å gi formhukommelse til ventilsetet. Forsøk på å unngå disse ulemper, samtidig med at det anvendes vanlige fjærer, har ført til å gjøre anordningen komplisert og kostbar.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en setering som innebærer en løsning av disse ulemper. I henhold til oppfinnelsen oppnås dette med en setering som angitt i de etterfølgende patentkrav. Seteringen omfatter således et tetteparti som er utstyrt med flere rundtgående vindinger av strenger som omgir tettepartiet radialt utenfor dette. Disse strenger kan være dannet av et passende metall med slike elastiske og styrkemessige egenskaper at på et sted under bevegelsen av ventillegemet eller spjeldet til lukket stilling vil dette søke å ekspandere tettepartiet til seteringen og de omgivende vindinger radialt utover. En slik ekspansjon bevirker strekkspenninger i vindingene. Spenningene danner en radialt innover virkende kraft som virker mot ekspansjon av setet, og som ikke bare bevirker tett anlegg mellom spjeldet og setet, men som også bevirker at tettepartiet til setet beveges tilbake til opprinnelig stilling når ventilen åpnes. Med andre ord gir de nevnte vindinger formhukommelse til setet. Kraften som oppstår ligner den kraft som dannes når en tynnvegget beholder utsettes for innvendig trykk.

I en ventil med metall mot metallkontakt for seteringen er graden av radialekspansjon av seteringen ved lukking av ventilen meget liten. Videre, når den metalliske seteringen er av en fleksibel, tynnvegget konstruksjon, vil den ikke gi noen særlig motstand mot bevegelsen av spjeldet før dette er nesten helt lukket. Imidlertid er de tøyelige vindingene i stand til å bli aktivert under de siste 2 - 3° av spjeldets bevegelse og til å gi tilstrekkelig trykk mellom spjeldet og seteringen, selv om graden av videre radialekspansjon er meget liten.

Vindingene medfører flere fordeler i forhold til konvensjo-nelle fjærer innrettet til å gi formhukommelse. Vindingene gjør konstruksjonen enkel, muliggjør aksial bevegelse og gir fjærvirkning i radial retning, uten at det trenges noe fast referansepunkt bortsett fra selve seteringen. Vindingene vil fortsette å gi formhukommelse ved høye temperaturer der kon-vensjonelle fjærer vil miste sin fjærvirkning. Videre vil det fremgå at lengden av en vinding er den samme som omkretsen til det nærmeste parti av tettepartiet til seteringen. Således kan begge elementene fremstilles av materialer med omtrent samme temperaturutvidelsekoeffisienter, slik at de ekspanderer omtrent likt, og vindingene forblir effektive ved høye temperaturer. Et vesentlig moment er at vindingene gir en radial kraft uten å gi motstand mot aksial bevegelse av seteringen. Således kan øket trykk tjene til å deformere den fleksible, tynne seteringen, for å gi øket tettevirkning. Likevel gir vindingene radial understøttelse, og hindrer en-hver tendens til radial ekspansjon av seteringen forårsaket av slik aksial bevegelse.

Et annet betydelig trekk ved den foreliggende oppfinnelse vil best fremgå ved å sammenligne vindingene med en tidljgere kjent støttering som har tilsvarende mekanisk styrke. En slik ring vil bevirke linjekontakt mellom spjeldet og setet, og radialekspansjon vil hindres langs denne linje, på grunn av støtteringen. Vindingene som inngår i ventilsetet i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil derimot tilpasse seg formen til den tynne seteringen over et betydelig område, og de vil bevirke et progressivt økende anleggstrykk mellom spjeldet og seteringen når spjeldet nærmer seg lukket stilling og flere og flere vindinger aktiveres. Dette eliminerer i sin tur et fastknipingsproblem som er knyttet til støtteringer, og gir større feilmargin med hensyn til den lukkede stilling.

Oppfinnelsen medfører også forbedringer med hensyn til ut-formningen av selve seteringen. I tillegg til det nevnte tetteparti, som ligger mot ventillegemet, omfatter ringen et radialt ytre festeparti, for å feste ringen i ventilhuset. Tettepartiet og festepartiet forbindes av et mellomliggende parti, som omfatter et buet, radialt forløp. Buene medfører mange fordeler, blant annet at seteringen kan lages forholdsvis tynn og fleksibel uten fare for at den bryter sammen ved høye trykk. Andre fordeler er evnen for seteringen til å tilpasse seg forskjellig termisk ekspansjon av henholdsvis spjeldet og ventilhuset.

Det mellomliggende partiet av setet omfatter fortrinnsvis også et aksialt parti som rager bort fra det radiale parti hovedsakelig i samme retning som tettepartiet, men fra den motsatte ende av det radiale parti. Festepartiet rager radialt utover fra det aksiale parti av det mellomliggende partiet, og danner et hengselområde ved overgangen mellom disse to partier. Den hengselvirkning som således oppnås muliggjør at seteringen kan bevege seg sammen med ventillegemet, for å tilpasse seg for-andringer i størrelsen og/eller retningen av trykket uten at tettevirkningen opphører. For ytterligere å øke denne virk-ning har tettepartiet av seteringen en fri ende som, mens den fortrinnsvis delvis understøttes av et element på ventilhuset, kan beveges radialt og aksialt i begrenset utstrekning. Ventilhuset kan også være utstyrt med stoppeelementer for å begrense den aksiale og radiale bevegelsen til seteringen.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere, under henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en spjeldventil som omfatter en setering i henhold til oppfinnelsen, vist med spjeldet i lukket stilling.

Fig. 2 viser ventilen sett i retning 90° fra det som er

vist i fig. 1.

Fig. 3 viser i forstørret målestokk et snitt gjennom seteringen, og viser spjeldet i en stilling mellom åpen og lukket stilling. Fig. 4 viser på lignende måte som fig. 3 spjeldet i lukket

stilling.

Fig. 5 viser på lignende måte som fig. 4 den stilling delene

inntar når det virker et fluidtrykk fra høyre.

Fig. 6 viser på lignende måte som fig. 4 og 5 de stillinger

delene inntar når det virker et fluidtrykk fra venstre.

Fig. 7 viser i større målestokk de innbyrdes stillinger til

delene før og etter termisk ekspansjon.

Mens oppfinnelsen skal beskrives under særlig henvisning til en spjeldventil, vil det forstås at den ikke er begrenset til dette. Den beskrevne setering kan anvendes i hvilken som helst ventil som har et dreibart ventillegeme, for eksempel en kuleventil, en kikkran o.s.v.

Fig. 1 viser en spjeldventil 10 med et hovedsakelig ringformet hus 12 som har en gjennomgående strømningskanal 14. Ventilhuset 12 er beregnet for å anbringes mellom rørflenser (ikke vist). Ragende utover fra ventilhuset 12 er en sylindrisk hals 16 utformet i ett med huset 12. En flens 18 utformet på halsen 16 danner et middel for å feste en drivanordning (ikke vist) til ventilen 10. Diametralt motsatt av halsen 16 og ragende ut fra huset 12 er et boss 20.

Dreibart anordnet' i kanalen 14 er et spjeld 22 som har en rundtgående tetteflate 23 som er avrundet. Spjeldet 22 er opplagret ved hjelp 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 en tapp 34. 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. Fluid hindres i å trenge ut av ventilen 10 gjennom boringen 26 på grunn av tetningsringer 44, som holdes på plass ved hjelp av en pakningshylse 46. Den øvre ende av spindelen 24 rager over den sirkelformede flens 18, og har innbyrdes motstående flate partier 48, beregnet for anbringelse av et ratt, en skruenøkkel eller en annen drivanordning, for å dreie spjeldet 22, for derved å åpne og lukke ventilen 10.

Spindelen 28 er lagret i boringen 30 ved hjelp av en hylse 50. Spindelen 28 har også en tapp 52 som rager ut fra den nedre ende, og som er gjenget og skrudd inn i en gjenget boring 54 i en posisjoneringshylse 56. Posisjoneringshylsen 56 har en flens 58 som holdes fast mellom enden av bosset 20 og en dekk-plate 59, for å hindre bevegelse av posisjoneringshylsen 56 i boringen 30.

Posisjoneringshylsen 56 holder spjeldet 22 i riktig stilling langs aksen til spindlene 24 og 28. Dekkplaten 59 som holder posisjoneringshylsen 56 på plass er festet ved hjelp av bolter 80 til bosset 20, og har en utsparing for flensen 58.

Tetning mellom spjeldet 22 og huset 12 rundt omkretsen av strømningskanalen 14 oppnås ved hjelp av en setering 60, som skal beskrives nærmere i det følgende. Seteringen 60 er anbragt i en utsparing 70 på en side av huset 12. I tillegg til selve huset 12 er det anordnet en holdering 72, som er festet på hvilken som helst passende måte til en side av huset 12, utenfor utsparingen 70.

Fig. 3 viser mere detaljert seteringen 60 og samvirkende deler i ventilhuset. Seteringen 60 utgjøres av en forholdsvis tynn, noe fleksibel, metallisk ring som har et radialt indre tetteparti 60a og et radialt ytre festeparti 60b, forbundet ved hjelp av et mellomliggende parti som har et buet radialt parti 60c og et aksialt parti 60d. Tettepartiet 60a rager hovedsakelig aksialt fra den radialt indre ende av det radiale parti 60c på det mellomliggende partiet. Det aksiale parti 60d rager fra den ytre ende av det radiale parti 60c, hovedsakelig i samme aksiale retning som tettepartiet 60a. Festepartiet 60b rager radialt utover fra det aksiale parti 60d og inn i en spalt 74 avgrenset av huset 12 og holderingen 72. Som vist er tettepartiet 60a konkavt radialt utover. Flere rundtgående vindinger 76 av strenger omgir tettepartiet 60a, inne i den konkavitet som er dannet på den radialt ytre side av tettepartiet. Selv om strengene fortrinnsvis er dannet av en metalltråd som har omtrent samme temperaturutvidelseskoeffisient som materialet i seteringen 60, kan strengene være dannet av hvilket som helst passende material som har tilstrekkelig elastisitet og styrke til å gi formhukommelse til tettepartiet 60a. I alle tilfeller kan vindingene omfatte en enkelt streng, eller enkeltvindinger av flere strenger eller en kombinasjon av dette. I alle tilfeller er endene til strengen eller strengene festet til hverandre og/eller til seteringen 60 på en eller annen passende måte. Tettepartiet 60a har sin frie ende, d.v.s. den ende som vender bort fra partiet 60c, ført inn i et komplementært utformet spor 78 i holderingen 72. Sporet 78 muliggjør begrenset aksial og radial bevegelse a<y> partiet 60a.

Når ventilspjeldet 22 beveges fra åpen stilling til lukket stilling, vist i fig. 4, vil tettepartiet 60a bli ekspandert radialt utover. Denne ekspansjon muliggjøres på grunn av kompresjon i det buede parti 60c (se fig. 3 og 4) og på grunn av strekking av strengene. Denne strekking danner strekk-krefter i strengene som bevirker en radialt innover rettet kraft på tettepartiet 60a, og bevirker at dette tetter mot spjeldet 22 og også beveger seg tilbake til den stilling som er vist i fig. 3 dersom ventilen åpnes på nytt.

Fig. 5 viser de innbyrdes stillinger til delene når et fluid under trykk virker i retning av pilen A. Trykket vil søke å bøye spjeldet 22 mot venstre, d.v.s. bort fra setet 60. Ved en slik bøyning av spjeldet 22 vil partiet 60c svinge om punktet , i overgangen mellom festepartiet 60b og det aksiale parti 60d pa det mellomliggende partiet. Således kan tettepartiet 60a følge bevegelsen til spjeldet 22, mens strekkkreftene som oppstår i vindingene 76 vil bevirke at partiet 60a blir liggende tett mot omkretsen av spjeldet 22, men uten å hindre aksial deformasjon. Det vil ses at sporet 78 muliggjør den nevnte bevegelse, idet det forblir hovedsakelig innrettet etter eller omgir den frie ende av partiet 60a. Således kan sporet 78 fortsatt hindre for stor radial deformasjon av seteringen 60. Det radiale parti 60c på det mellomliggende partiet til seteringen 60 har en midtre bøy som er konkav i en aksial retning, til venstre slik som vist, og konveks i den motsatte aksiale retning. Dette bidrar til å gi elastisitet til det tynne metallsetet.

Fig. 6 viser stillingene til delene når det virker et fluidtrykk i retning av pilen B. Spjeldet 22 er beveget i retningen B, d.v.s. mot høyre, og tettepartiet 60a har beveget seg sammen med spjeldet, ved at det mellomliggende partiet 60c, 60d hovedsakelig har svinget om punktet ^ . Tetning mellom partiet 60a og spjeldet 22 opprettholdes på grunn av en radialt innover rettet kraft fra vindingene 76. For stor aksial bevegelse hindres ved at den frie ende av partiet 60a bunner i sporet 78. Situasjonen vist i fig. 6, d.v.s. når trykket søker å bevege spjeldet 22 mot setet 60, er en situa-sjon som i ekstreme tilfeller kunne bevirke at seteringen gir etter. Dette hindres av det buede partiet 60c, og av seteringen 60 i sin helhet, og dessuten av et aksialt fremspring 82 på holderingen 72 som blir liggende mot den konvekse siden av den midtre bøy på partiet 60c.

Vindingene 76 er som nevnt fortrinnsvis dannet av en streng eller strenger av et meget tøyelig metallisk material, som kan ha en temperaturutvidelseskoeffisient som er omtrent den samme som for seteringen 60. Imidlertid kan også vindingene 76 av strenger være laget av andre materialer, slik som nylon eller andre syntetiske polymerer, termoplast eller termoherdende plast, forutsatt at de har de nødvendige egenskaper med hensyn til elastisitet og strekkstyrke til å gi formhukommelse til tettepartiet 60a på ventilsetet. Med uttrykket strenger menes her ikke bare filamenter eller' fibre, d.v.s. monofilamenter, men også en flettet eller tvunnet streng.

Fig. 7 viser i forstørret målestokk spjeldet 22 i lukket stilling. I denne stilling vil spjeldet 22, seteringen 60 og vindingene ekspandere termisk i større grad enn ventilhuset.

En første stilling av spjeldet 22 er vist med heltrukne linjer, og en ekspandert stilling av spjeldet 22' er vist med strekpunktlinjer. Ventilhuset 12 kan, fordi det ekspanderer senere, i denne forbindelse anses for å holde seg i konstant stilling. Vindingene er for oversiktens skyld utelatt i fig. 7. Det vil imidlertid forstås at seteringen 60 og vindingene vil ekspandere termisk omtrent i samme grad som spjeldet 22. Således vil den normale tendens for vindingene til å motstå radial ekspansjon ikke hindre termisk ekspansjon av spjeldet, fordi også vindingene ekspanderer. Fordi seteringen 60 ligger mot både spjeldet 22, huset 12 og holderingen 72 må den imidlertid også deformeres for å tilpasse seg den termiske ekspansjon av spjeldet 22. Den ovenfor beskrevne buede utformning av seteringen 60 og klaringen mellom dens frie ende og sporet 78 muliggjør slik deformasjon, som vist med strekpunktlinjer 60', uten at tetningen opphører. Slik tetning vil opprettholdes av de tilsvarende ekspanderte vindinger (ikke vist). Fig. 7 viser også en pakning 84 som er anbragt mellom festepartiet 60b av seteringen og utsiden 74 av ventilhuset, for å holde partiet 60b fast mot ventilhuset.

Claims (12)

1. Setering for ventil med dreibart ventillegeme (22) og med et radialt innerste metallisk tetteparti (60a) som dannes av en aksialt og radialt bevegelig fri ende av seteringen og som på sin radialt ytterste side har konkav form, hvilket tette-

parti er innrettet til tettende å ligge mot ventillegemet, og med et radialt ytterste festeparti (60b) for montering av seteringen (60) i ventilen,karakterisert vedati det minste en streng er viklet omkring den radialt ytterste side av tettepartiet (60a) for dannelse av flere vindinger (76) av strenger som hver hovedsakelig i hele vindingens lengde har sin senterlinje forløpende i omkretsretningen i forhold til tettepartiet (60a), idet endene av hver streng er fastgjort i forhold til hverandre.

2. Setering som angitt i krav 1,karakterisert ved at den har form av en fleksibel metallring utformet i ett stykke.

3. Setering som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert ved at strengene er av metall, fortrinnsvis metall med stor strekkstyrke.

4. Setering som angitt i krav 1-3,karakterisert ved at den har et mellomliggende parti (60c, 60d) som forbinder tettepartiet (60a) og festepartiet (60b) med hverandre.

5. Setering som angitt i krav 4,karakterisert ved at det mellomliggende parti (60c, 60d) omfatter et bølget, radialt parti (60c).

6. Setering som angitt i krav 5,karakterisert ved at tettepartiet (60a) rager hovedsakelig aksialt ut fra det radiale parti (60c) av det mellomliggende parti (60c, 60d).

7. Setering som angitt i krav 6,karakterisert ved at det mellomliggende parti har et aksialt parti (60d) som fra det radiale parti (60c) forløper hovedsakelig i samme retning som tettepartiet (60a), og at festepartiet (60b) rager radialt utover fra det aksiale parti og motsatt av det radiale parti.

8. Setering som angitt i krav 7, karakterisert ved at det mellomliggende parti (60c, 60d) ved overgangen mellom festepartiet (60b) og det aksiale parti (60d) av det mellomliggende parti kan svinges hovedsakelig aksialt.

9. Setering som angitt i hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at festepartiet (60b) på seteringen (60) er innrettet til å bli fastholdt mellom et ventilhus (12) for ventilen som særlig er en spjeldventil, og en holdering (72) som er festet til den ene aksiale ende av ventilhuset.

10. Setering som angitt i krav 9, karakterisert ved at det i holderingen (72) er en utsparing (78) for anbringelse av den frie ende av tettepartiet (60a), idet utsparingen er slik utformet at den mulig-gjør begrenset aksial og radial bevegelse av denne frie ende.

11. Setering som angitt i krav 9 eller 10, karakterisert ved at holderingen (72) omfatter en stopper (82) som tjener til å samvirke med seteringen for å begrense bevegelsene til denne i forhold til ventilhuset.

12. Setering som angitt i hvilket som helst av kravene 9 - 11/ karakterisert ved at det radiale parti (60c) til det mellomliggende parti har i det minste et buet område som er konkavt i den ene aksiale retning og konvekst i den annen, og at stoppeorganet omfatter et aksialt fremspring (82) som er utformet på holderingen (72) overfor den konvekse side av det buede område.