NO163074B - Spindeltetning for sluseventil. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en spindeltetning for sluseventil. Ventiler, så som sluse- og spjeldventiler, må ofte virke i en korrosiv atmosfære, og motstå trykk så som 1000 kp/cm<2> i et vidt temperaturområde, så som fra 120°C til -10°C. Én av de vanskeligheter man møter i slike ventiler er at tetningen rundt ventilens spindel svikter.

I noen tidligere ventiler har elastomerer vært brukt til å påvirke tetningen. Elastomerene brytes ned med tiden på grunn av nærvær av H2S, korrosjonshindrende midler, høye temperaturer, gass-dekompresjon og kompresjons-setting.

I andre tidligere ventilkonstruksjoner har man benyttet metallfjærer til å stramme til en tetning av polytetrafluoretylen. Fjæren må være tynn og svak for å gi den ønskede fleksibilitet. Derfor må tetningsleppene være tilstrekkelig tynne til at fjæren kan bøye dem på rett måte. Slike tynne lepper har dårlig slitestyrke, og ved høye temperaturer mykner lepper av polytetrafluoretylen og blir deformert ved kantene av fjærene, noe som resulterer i at tetningen svikter.

Forskjellige aksel- og spindeltetninger er tidligere

kjent. US patent nr. 4 410 189 viser en akseltetning med en tilspisset forspenningsring til å presse tetnings-leppen til tettende anlegg med overflatene som skal tettes. US patent nr. 4 426 093 viser en spindeltetning for en ventil i form av en sylindrisk hylse med atskilte ytre spor i omkretsen slik at hylsen kan virke som en stabel av tetningsskiver. US patent nr. 3 787 060 viser en spindeltetning med en konisk hylse presset inn i tetningen for å sikre anlegg mot stammen og den indre vegg av en boring i ventilhuset. US patent nr. 4 262 690 viser kiler som brukes til å bringe ringer i stilling for å hindre utpressing av tetningsringer i en stabel av tetningsringer. Det kan også henvises til DE AS 23 64 132 og 26 44 419, DE OS 2 027 334, GB 1 512 460 og norsk patent 157 796.

Ventilen som er beskrevet i patentskriftet 157 796 har et ventillegeme med et spindel som er forbundet med en betjenings-innretning og en tetningsenhet for tetning mellom spindelen og innsiden av et ventillokk. Tetningsenheten omfatter en U-formet, fjærende tetningsring som i sin åpne ende er forsynt med et element som sikrer at tetningsenhetens indre og ytre tetningslepper kommer til tettende anlegg mot overflatene på ventilskaftet og ventillokket, og avstivningsringer som er plassert i spor mellom tetningsleppene, samt organer mot utpressing som ligger an mot tetningsringens lukkede ende og hindrer utpressing av tetningsringen.

Ventilen ifølge oppfinnelsen er av den art som omfatter et ventilhus med et ventilkammer som har et innløp og et utløp samt en åpning, et ventillegeme som er anordnet bevegelig i ventilkammeret for å styre en fluidstrøm gjennom ventilen, en ventilspindel som er forbundet med ventillegemet og strekker seg gjennom åpningen, en tetningsanordning for å tette mellom ventilspindelen og åpningens innervegg, samt en innretning til å holde tetningsanordningen på plass, der tetningsanordningen omfatter en tetningsring med minst én ytre tetningsleppe og minst én indre tetningsleppe og et med tetningsringens akse koaksialt spor i den endevegg av tetningsringen som er rettet mot ventillegemet, og hvor en forspenningsring er anordnet i endesporet og er dimensjonert for å holde tetningsleppene forspent.

Hensikten med oppfinnelsen er å forbedre den i det norske patentskrift 157 796 omtalte ventil og spesielt ventilens spindeltetningsanordning, og dette er oppnådd ved at endesporets bunnparti har større ytre radial dimensjon enn den ytre radiale dimensjon av forspenningsringer ved endesporets åpne ende.

Ved en utførelse av oppfinnelsen er forspenningsringens innerflate sylindrisk, mens ved en annen utførelse av oppfinnelsen er forspenningsringens innerflate kjegleformet med den minste kjeglediameter ved den ende som vender bort fra ventillegemet , og endesporets tilstøtende indre vegg er utformet tilsvarende. Forspenningsringens yttervegg kan kan være kjegleformet og ha sin største diameter ved bunnen av endesporet. Endesporets yttervegg er da utformet tilsvarende.

Ved hjelp av oppfinnelsen har man oppnådd et pålitelig og varig tetningsanlegg mellom tetningsringen og ventilspindelen uten ulemper som følger med bruken av forspenningselementer av metall.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av eksempler og under henvisning til tegningene hvor:

Fig. 1 er et oppriss, til dels i snitt, av ventilen ifølge foreliggende oppfinnelse med den forbedrede spindeltetning ifølge oppfinnelsen installert for å tette mellom spindelen og det indre av ventillokket. fig. 2 viser et delsnitt av den foretrukne form av spindeltetningen ifølge den foreliggende oppfinnelse i hvile-stilling. Fig. 3 viser et delsnitt av en modifisert form av spindeltetningen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser et delsnitt av ventilen vist på fig. 1 illustrert for å tette mellom det ytre a/ spindelen og det indre av boringen gjennom ventillokket.

Ventilen 10 på fig. 1 er en sluseventil som har et hus 12 med et ventilkammer 14 med et innløp 16 og et utløp 18 forbundet med kammeret 14. Et ventillegeme 20 er bevegelig ført i ventilkammeret 14 ved hjelp av en spindel 22 som er forbundet med ventillegemet 2 0 og strekker seg gjennom boringen 24 gjennom et ventillokk 26 som er festet til ventilhuset 12 med bolter 28 og mutrer 30. Et håndratt 32 virker sammen med spindelen 22, og en gjenget forbindelse 34 mellom spindelen 22 og ventillegemet 20, for å bevege ventillegemet 20 i ventilkammeret 14 i forhold til ventilsetet 36 som ligger rundt åpningen av utløpet 18. I sin ene stilling lukker ventillegemet 20 utløpet 18. I den andre ventilstilling er ventillegemets port 38 på linje med innløpet 16 og utløpet 18 slik at det tillater strømning gjennom utløpet 18.

Tetningsenheten 40, vist på fig. 2, omfatter en hovedtet-ningsring 42, en forspenningsring 44, myke, indre og ytre tetningsringer 46 og 48, og en bærering 50 som skal motvirke utpressing. Halsen 52 på glandmutteren 54 er også vist på fig.

2 for å illustrere at den holder ringen 50. Tetningsringen 42 er en ring som er utformet av moderat fylt polytretrafluoretylen, hvor fyllstoffet er et karbonmateriale som utgjør omkring 11% av ringens volum. Karbon-fyllmaterialet er fortrinnsvis et karbonpulver hvor omkring 10% av pulveret er grafittpulver, slik at sammensetningen 42 er omkring 89% polytetrafluoretylen, 10% karbonpulver og 18% grafittpulver. Tetningsringen 4 2 er utformet med indre spor 56, ytre spor 58 og et endespor 60 inn i hvilket forspenningsringen 44 er plassert. Indre og ytre tetningslepper 62 og 64 er dannet mellom sporene 56 og 58. Indre og ytre myke tetningsringer 46, 48 er plassert i de nærmeste av de indre og ytre spor 56 og 58, til den nære ende: av tetningsringen. 42 eller lengst borte fra ventillegemet 20. Tetningsringene 46, 48 har en tverrsnittsflate som er større enn tverrsnittsflaten av sporet i hvilke de er plassert, for å sikre at de blir holdt i tettende kontakt med den overflaten mot hvilken de skal tette. De myke tetningsringer 46, 48 er av mykt polytetrafluoretylen for å forbedre tetning ved lav temperatur av tetningsenheten 40, der lav temperatur som følger etter varm temperatur kan forårsake at leppene 62, 64 mister forspenning. I slike tilfeller vil de myke tetningsringene 46, 48 sikre tetning under det tidsrommet da temperaturen er tilstrekkelig lav til å forårsake en avslapping av belastningen av tetnings-leppene på tetningsringen 42.

Av spesiell viktighet i tetningsenheten 40 er formen av den ytre overflate 66 av forspenningsringen 44 som skråner utover i retning mot bæreringen 50. Den indre overflate 69 av forspenningsringen 44 er i hovedsak parallell med aksen av spindelen 22. Forspenningsringen 44 er fortrinnsvis av metall, slik at den opprettholder en fast stilling i endesporet 60 og tillater en delvis ekspansjon av tetningsringen 42. Den tilstøtende overflate 68 på det indre av tetningsringen 42 skråner på en lignende måte. Forspenningsringen 44 omfatter også passasjer 7 0 for å sikre trykkutjevning gjennom forspenningsringen 44 mellom munningen av endesporet 60 og dets indre ende.

En modifisert form av den foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 3. Tetningsenheten 72 omfatter tetningsringen 74, forspenningsringen 7 6 (fortrinnsvis metall), myke indre og ytre tetningsringer 78 og 80, og en bærering 82. Bare halsen 52a av en glandmutter er vist på fig. 3. Tetningsringen 74 er av et lignende materiale som tetningsringen 42, som beskrevet ovenfor. Tetningsringen 74 omfatter indre spor 84 og ytre spor 86 og et endespor 88 i hvilket forspenningsringen 76 er plassert. De indre og ytre tetnings-lepper 90 og 92 er dannet mellom sporene 84 og 86. De indre og ytre tetningsringer 78 og 80 er plassert i henholdsvis det indre og det ytre spor 84 og 86, nærmest bæreringen 82 eller lengst borte fra ventillegemet. Tetningsringene 78 og 80 har en tverrsnittsflate som er større enn tverrsnittsflaten av sporet i hvilket de er plassert, for å sikre at de blir holdt i tettende kontakt med den overflate mot hvilken de skal tette. De myke tetningsringene 78 og 80 er av mykt polytetrafluoretylen som beskrevet under henvisning til tetningsringene 46 og 48.

Av spesiell viktighet i tetningsenheten 72 er formen av endesporet 88 og de indre og ytre overflater 94 og 96 av forspenningsringen 76 som skråner henholdsvis innover og utover i retning mot bæreringen 82. Sagt på en annen måte, den indre overflate 94 skråner utover i retning mot ventillegemet og den ytre overflate 96 og skråner innover i retning mot ventillegemet. Den indre form av endesporet danner overflater som passer sammen med overflatene 94 og 96. Forspenningsringen 7 6 omfatter også passasjer 98 for å sikre at det er en trykkutjevning mellom munningen på endesporet 88 og dets indre ende.

Tetningsenheten 40 som er vist på fig. 4, er montert rundt spindelen 22 inne i boringen 27 gjennom ventillokket 26, og med forspenningsmutteren strammet for å frembringe en forspenning. En gass-sikker tetning er dannet både av de myke tetningsringene 46, 48 og av leppene 62, 64. Når tetningsenheten 40 blir oppvarmet, blir materialet i tetningsringen 4 2 mykere og de mekaniske tetningsegenskaper avtar. I slike situasjoner vil stillingen av leppene 62, 64 styres fordelaktig av forspenningsringen 44. Oppvarmingen av tetningsringen 42 forårsaker at den utvider seg både i aksial- og radialretning, mer enn forspenningsringen 44 utvider seg. Den spesielle utforming av tetningsenheten 40 tillater at de ytre lepper 64 utvider seg i radial retning uten å bli overbelastet eller deformert, fordi utvidelse i aksial retning har en avspennende virkning.

Under avkjøling av tetningsenheten 40 vil den ytre diameter av leppene 64 søke å trekke seg bort fra det tettende anlegg med boringen 27 fordi leppene 64 søker å trekke seg sammen som en ring i radial retning. Tetningsringen 42 trekker seg også sammen i aksial retning, og denne sammentrekningen forårsaker at ringen 4 2 trekkes opp mot den ytre skråning på forspenningsringen. 44 slik at den kiler tetningsleppen 64 mat boringen 27.

I noen anvendelser kan det være ønskelig å benytte tetningsenheten 72, som er i hovedsak den samme som tetningsenheten 40 bortsett fra den indre skrånende overflate 94 på forspenningsringen 76. En slik innvendig skrånende overflate 94 er brukt til å unngå overbelastning av de indre lepper 90. Det skal også bemerkes at tetningsringen 42, 72 kommer i

kontakt med bare glatte overflater av forspenningsringen 44, 76 og ingen fjærer eller skarpe kanter eller spor som kan deformere tetningsringens lepper.

Etter avkjøling fra varm temperatur til lave temperaturer kan forspenningen på tetnings-leppene bli svakere enn opprinne-lig, som følge av avspenning i tetningsringens materiale. De myke tetningsringer opprettholder imidlertid den opprinnelige tetningskontakt på grunn av sin egen forspenning.

Claims (8)

1. Spindeltetning for sluseventil omfattende et ventilhus (12) med et ventilkammer (14) som har et innløp (16) og et utløp (18) samt en åpning (24), et ventillegeme (20) som er anordnet bevegelig i ventilkammeret for å styre en fluidstrøm gjennom ventilen, en ventilspindel (22) som er forbundet med ventillegemet (20) og strekker seg gjennom åpningen (24), en tetningsanordning (40) for å tette mellom ventilspindelen og åpningens (24) innervegg, samt en innretning til å holde tetningsanordningen på plass, der tetningsanordningen (40) omfatter en tetningsring (42) med minst én ytre tetningsleppe (64) og minst én indre tetningsleppe (56) og et med tetningsringens akse (CL) koaksialt spor (60) i den endevegg av tetningsringen som er rettet mot ventillegemet (20) , og hvor en forspenningsring (44, 76) er anordnet i endesporet (60) og er dimensjonert for å holde tetningsleppene forspent, karakterisert ved at endesporets (60, 88) bunnparti har større ytre radial dimensjon enn den ytre radiale dimensjon av forspenningsringen ved endesporets åpne ende.

2. Spindeltetning ifølge krav 1, karakterisert ved at forspenningsringens (44) innerflate (60) er sylindrisk.

3. Spindeltetning ifølge krav 1, karakterisert ved at forspenningsringens (76) innerflate er kjegleformet med den minste kjeglediameter ved den ende som vender bort fra ventillegemet (20) og at endesporet i den tilstøtende indre vegg (94) er utformet tilsvarende.

4. Spindeltetning ifølge kravene 2 eller 3, karakterisert ved at forspenningsringens (44, 76) ytterflate er kjegleformet med den største kjeglediameter ved den ende som vender bort fra ventillegemet (20) og at endesporet i den tilstøtende ytre vegg (96) er utformet tilsvarende.

5. Spindeltetning ifølge ett eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at et antall passasjer (70, 98) som i avstand fra hverandre strekker seg parallelt med tetningsaksen er anordnet i forspenningsringen (44, 76).

6. Spindeltetning ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at forspenningsringen (44, 76) er av metall og tetningsringen (42) er av polytetrafluoretylen som er moderat fylt med karbon.

7. Spindeltetning ifølge krav 6, karakterisert ved at tetningsringens (42) materiale inneholder omkring 11% av karbonmateriale.

8. Spindeltetning ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at tetningsringens (42) indre spor (56) og ytre spor (58) inneholder en myk tetningsring, fortrinnsvis av polytetrafluoretylen.