NO167477B

NO167477B - COIL VALVE SEALING DEVICE

Info

Publication number: NO167477B
Application number: NO881689A
Authority: NO
Inventors: Knut Horvei
Original assignee: Norske Stats Oljeselskap
Priority date: 1988-04-20
Filing date: 1988-04-20
Publication date: 1991-07-29
Also published as: NO881689D0; NO881689L; NO167477C

Description

Denne oppfinnelse angår en tetningsanordning for kuleventiler med et ventilhus og et ventillegeme, hvor trykket av mediet i vedkommende rørsystem eller lignende kan bidra til å forsterke presset i tetningsflaten når ventilen er lukket, hvor det på ventillegemet er anordnet en sirkulær membranskive med størrelse og form stort sett svarende til strømningstverrsnittet i ventilen, og med slik avpasset stivhet at den kan undergå elastisk deformasjon under påvirkning av mediets trykk når ventilen er lukket, at det på motsatt side av membranskiven i forhold til den som . påvirkes av mediet, er anordnet et smalt anleggsparti som membranskiven ligger an mot, at anleggspartiet avgrenser en hoveddel av membranskivens areal som er innrettet til å gi etter for mediets trykk, med den nevnte elastiske deformasjon som resultat, og at en annen del av membranskivens areal på den andre siden av anleggspartiet i forhold til hoveddelen, omfatter et tetningsorgan og er innrettet til ved den elastiske deformasjon å beveges i motsatt retning av hoveddelen, slik at tetningsorganet får øket press i tetningsflaten og dermed bidrar til forbedret tetning. This invention relates to a sealing device for ball valves with a valve body and a valve body, where the pressure of the medium in the pipe system in question or the like can help to increase the pressure in the sealing surface when the valve is closed, where a circular diaphragm disc of large size and shape is arranged on the valve body set corresponding to the flow cross-section in the valve, and with such adjusted stiffness that it can undergo elastic deformation under the influence of the pressure of the medium when the valve is closed, that on the opposite side of the diaphragm disc in relation to the one that . is affected by the medium, a narrow abutment portion is arranged against which the membrane disk abuts, that the abutment portion delimits a main part of the membrane disk's area which is designed to yield to the medium's pressure, with the aforementioned elastic deformation as a result, and that another part of the membrane disk's area on the other side of the installation part in relation to the main part, includes a sealing member and is designed to move in the opposite direction to the main part during the elastic deformation, so that the sealing member gets increased pressure in the sealing surface and thus contributes to improved sealing.

En tetningsanordning som angitt ovenfor er tidligere beskrevet i EP 11289. En av de ventiltyper som tetnings-anordningen kan tenkes anvendt for er f.eks. en kuleventil for anvendelse under vann som beskrevet i norsk patentsøknad nr. 860923. A sealing device as stated above was previously described in EP 11289. One of the valve types for which the sealing device can be used is e.g. a ball valve for use under water as described in Norwegian patent application no. 860923.

Konstruksjonen ifølge EP 11289 er basert på at medietrykket virker inn på en membranskive og at elastisk deformasjon av membranskiven under påvirkning av medietrykket tjener til å øke presset i tetningsflaten eller pakningen i ventilen. Det blir dermed mulig å sørge for at pakningstrykket blir lite ved ventilmanøvrering, mens tetningsvirkningen blir for-sterket når trykket av mediet utøves mot membranskiven i ventilen. The construction according to EP 11289 is based on the fact that the media pressure acts on a diaphragm disc and that elastic deformation of the diaphragm disc under the influence of the media pressure serves to increase the pressure in the sealing surface or the gasket in the valve. It is thus possible to ensure that the sealing pressure is low when the valve is operated, while the sealing effect is strengthened when the pressure of the medium is exerted against the diaphragm disc in the valve.

Ved anvendelse av ovennevnte tetningsanordning i ventiler med store dimensjoner, f.eks. for bruk i rørledninger og installasjoner innen olje- og gassvirksomhet, kan det like-vel oppstå et uønsket stort pakningstrykk ved ventilmanøv-rering . When using the above-mentioned sealing device in valves with large dimensions, e.g. for use in pipelines and installations within the oil and gas industry, an undesired large packing pressure can still occur when valve maneuvering.

Denne oppfinnelse slik som angitt i patentkravet gir en ny og fordelaktig løsning på dette problem, hvilket vil fremgå av den følgende beskrivelse. This invention as stated in the patent claim provides a new and advantageous solution to this problem, which will be apparent from the following description.

Konstruksjonen ifølge oppfinnelsen er i korthet basert på at den omfatter en kanal gjennom ventillegemet for fremføring av hydraulisk eller pneumatisk trykk til et rom beliggende på baksiden av membranskiven. Ved tilførsel av trykkmedium kan membranskiven presses noe ut og derved vil presset i tetningsflaten reduseres og manøvrering av ventilen blir lettere. The construction according to the invention is briefly based on the fact that it comprises a channel through the valve body for conveying hydraulic or pneumatic pressure to a space situated on the back of the diaphragm disk. When pressure medium is supplied, the diaphragm disc can be pushed out somewhat and thereby the pressure in the sealing surface will be reduced and maneuvering of the valve will be easier.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 viser et forenklet snitt gjennom en kuleventil forsynt med en tetningsanordning ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen, In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawings, where: Figure 1 shows a simplified section through a ball valve provided with a sealing device according to an embodiment of the invention,

figur 2 viser i snitt og rent skjematisk en tetningsanordning som på figur 1, i avlastet stilling (A), henholdsvis i en trykkpåvirket stilling (B) hvor membranskiven er defor-mert under påvirkning av medietrykket, og figure 2 shows in section and purely schematically a sealing device as in figure 1, in a relieved position (A), respectively in a pressure-affected position (B) where the diaphragm disc is deformed under the influence of the media pressure, and

figur 3 viser et enderiss av ventilanordningen på figur 1. Figure 3 shows an end view of the valve arrangement in Figure 1.

På figur 1 er det vist en del av et ventilhus 11 for en kuleventil med et ventillegeme 2 i form av en rotor som kan dreies om en akse 1. På figuren er ventilen vist i lukket stilling. I ventilhuset 11 er det utformet en sfærisk tet-ningsflate 10 omkring det åpne strømningstverrsnitt inn i ventilen. Med piler P er det antydet hvordan trykket av mediet i et tilstøtende rørsystem virker mot ventilen og ventillegemet 2. Figure 1 shows a part of a valve housing 11 for a ball valve with a valve body 2 in the form of a rotor which can be rotated about an axis 1. In the figure, the valve is shown in the closed position. In the valve housing 11, a spherical sealing surface 10 is formed around the open flow cross-section into the valve. Arrows P indicate how the pressure of the medium in an adjacent pipe system acts on the valve and valve body 2.

De virksomme deler eller komponenter på ventillegemet 2 i den stilling som er vist på figur 1, omfatter i første rekke ifølge oppfinnelsen en såkalt membranskive 5 som langs om-kretsen har et tetningsparti eller -organ 3, evt. i form av et særskilt pakningselement, som er innrettet til å'samvirke med den nevnte flate 10 på ventilhuset, for å stenge for gjennomløp. Mer spesielt fremgår det av figur 1 at tetningsorganet 3 har form av en avskrådd kant som svarer til formen av tetningsflaten eller setet 10 på ventilhuset. Det er klart at konstruksjonsdetaljene på dette punkt kan varieres på mange måter, basert enten på prinsippet bløt pakning eller prinsippet hård pakning. The active parts or components on the valve body 2 in the position shown in Figure 1 primarily comprise, according to the invention, a so-called diaphragm disc 5 which along the circumference has a sealing part or member 3, possibly in the form of a special sealing element, which is arranged to cooperate with the aforementioned surface 10 on the valve housing, to close off passage. More specifically, it appears from Figure 1 that the sealing member 3 has the shape of a chamfered edge which corresponds to the shape of the sealing surface or the seat 10 on the valve housing. It is clear that the construction details at this point can be varied in many ways, based either on the principle of soft packing or the principle of hard packing.

Membranskiven 5 er festet til ventillegemet 2 på sitt midtparti, som er forsynt med en spindel 7 med gjenger innrettet til å samvirke med en mutterlignende del 6 som er opptatt i en utboring 12 i ventillegemet 2. Mutteren 6 er låst mot dreining i ventillegemet ved hjelp av passende låseorganer, f.eks. kiler 8. Mutteren er blokkert mot aksiell forskyvning ut av hulrommet 12 (mot høyre på figur 1) ved hjelp av en låsering 9, f.eks. en seegerring. The diaphragm disc 5 is attached to the valve body 2 on its central part, which is provided with a spindle 7 with threads arranged to cooperate with a nut-like part 6 which is engaged in a bore 12 in the valve body 2. The nut 6 is locked against rotation in the valve body by of suitable locking devices, e.g. wedges 8. The nut is blocked against axial displacement out of the cavity 12 (to the right in Figure 1) by means of a locking ring 9, e.g. a seeger ring.

Membranskiven 5 monteres på ventillegemet 2 ved å dreies i sin helhet og dermed gjenges sammen med mutteren 6, hvilket The diaphragm disc 5 is mounted on the valve body 2 by being turned in its entirety and thus threaded together with the nut 6, which

hensiktsmessig skjer ved hjelp av et verktøy innrettet til å samvirke med et fastspenningshode 15 på forsiden av membranskiven 5. En passende utforming av dette hodet 15 fremgår av figur 3. Ved fastspenning ved hjelp av dette kan membranskiven 5 bringes til anlegg mot et anleggsparti 4 som har et expediently takes place with the help of a tool designed to cooperate with a clamping head 15 on the front of the diaphragm disc 5. A suitable design of this head 15 can be seen in Figure 3. When clamping with the help of this, the diaphragm disc 5 can be brought into contact with a contact part 4 which have a

i seg selv lukket forløp på baksiden av membranskiven 5. Tilspenningen ved hjelp av hodet 15 gjør det mulig å fin-regulere innstillingen av membranskiven, idet denne som følge av hensiktsmessig valgt stivhet kan deformeres med anleggspartiet 4 som vippepunkt eller rettere sagt som vippelinje, idet innskruing av membranskivens midtparti fører til en tilsvarende bevegelse av tetningskanten 3 ut fra ventillegemet 2 i retning mot flaten 10 på ventilhuset 11. På denne måte får man kontroll over den forspennings-kraft som tetningskanten 3 har mot den sfæriske tetnings-flate 10 når det ikke opptrer et så stort medietrykk P at dette går utover den nevnte forspenningsvirkning. in itself a closed course on the back of the diaphragm disc 5. The tightening by means of the head 15 makes it possible to fine-regulate the setting of the diaphragm disc, as this can be deformed as a result of appropriately chosen stiffness with the contact part 4 as a tipping point or rather as a tipping line, as screwing in the middle part of the diaphragm disc leads to a corresponding movement of the sealing edge 3 out from the valve body 2 in the direction towards the surface 10 of the valve housing 11. In this way, control is gained over the biasing force that the sealing edge 3 has against the spherical sealing surface 10 when it is not such a large media pressure P occurs that this goes beyond the aforementioned biasing effect.

Ved lukket ventil som på figur 1 og med et tilstrekkelig With a closed valve as in figure 1 and with a sufficient

høyt medietrykk P vil den elastiske deformasjon av membranskiven 5 føre til at midtpartiet av denne med spindelen 7 og dermed mutteren_6, beveges innad (til venstre på figur 1) i ventillegemets'hulrom 12. Samtidig skjer det en motsatt bevegelse av det ytre omkretsparti av membranskiven, det vil si av partiet med tetningskanten 3, slik at tetnings- eller pakningstrykket forhøyes. high media pressure P, the elastic deformation of the diaphragm disc 5 will cause the central part of it with the spindle 7 and thus the nut_6 to move inwards (to the left in figure 1) in the valve body's cavity 12. At the same time, there is an opposite movement of the outer circumferential part of the diaphragm disc , that is, of the part with the sealing edge 3, so that the sealing or packing pressure is increased.

Det sier seg selv at de bevegelser man her arbeider med er av temmelig små dimensjoner, både når det gjelder innstil-ling av forspenningen ved hjelp av dreining av hodet 15 og når det gjelder den elastiske deformasjonen bevirket av medietrykket P. Ved ventildimensjoner på eksempelvis opptil 20 tommer (50 cm diameter) kan de nevnte bevegelser betrakt-et ved tetningskanten 3 dreie seg om 1 til 2 tiendedels millimeter. It goes without saying that the movements one works with here are of rather small dimensions, both when it comes to setting the bias by turning the head 15 and when it comes to the elastic deformation caused by the media pressure P. For valve dimensions of, for example, up to 20 inches (50 cm diameter), the aforementioned movements considered at the sealing edge 3 can be about 1 to 2 tenths of a millimeter.

Den foran omtalte virkning basert på elastisk deformasjon av membranskiven er skissert mer skjematisk på figur 2. Figur 2A viser således en tilnærmet plan og ubelastet membranskive 22 montert på et ventillegeme 20 med anleggsparti 24, gjerne basert på en sirkulær hovedform, det vil si med sirkulær membranskive 22 og et sirkulært forløp av anleggspartiet 24 på ventillegemet 20. Dermed har også anleggspartiet 24 anlegg langs en sirkellinje på baksiden av membranskiven 22. Et samvirkende ventilhus 21 har et seteparti 30 som en tet-ningskant eller et tetningsorgan 33 på periferien av membranskiven 22 kan legges an mot. Dette anlegg vil også stort sett følge en sirkellinje, med diameter Dp som angitt på figur 2A. Tilsvarende er det for anleggspartiets sirkel vist en diameter Do. The above-mentioned effect based on elastic deformation of the diaphragm disc is outlined more schematically in Figure 2. Figure 2A thus shows an approximately flat and unloaded diaphragm disc 22 mounted on a valve body 20 with contact part 24, preferably based on a circular main shape, i.e. with circular diaphragm disc 22 and a circular course of the abutment part 24 on the valve body 20. Thus, the abutment part 24 also abuts along a circular line on the back of the diaphragm disc 22. A cooperating valve housing 21 has a seat part 30 as a sealing edge or a sealing member 33 on the periphery of the diaphragm disc 22 can be applied against. This facility will also largely follow a circular line, with diameter Dp as indicated in Figure 2A. Correspondingly, a diameter Do is shown for the circle of the construction site.

Mens figur 2A illustrerer forholdene ved ubelastet membranskive, det vil si at trykket er det samme på begge sider av membranskiven, viser figur 2B membranskiven i en stilling markert ved 22' under elastisk deformasjon forutsatt at rør-løpet inn til ventilen står under trykk av vedkommende medium. På grunn av dette trykk vil membranskiven 22' ha bøyet seg inn mot ventillegemet 20 i området innenfor anleggspartiet 24 (diameter Do). Tetningsorganet 33 vil imidlertid få en motsatt bevegelse, idet dette presses mer tett-sluttende mot ventilsetet 30 slik at tetningsvirkningen for-sterkes . While figure 2A illustrates the conditions with an unloaded diaphragm disc, i.e. the pressure is the same on both sides of the diaphragm disc, figure 2B shows the diaphragm disc in a position marked at 22' under elastic deformation provided that the pipe run to the valve is under pressure by the person concerned medium. Because of this pressure, the diaphragm disc 22' will have bent towards the valve body 20 in the area within the contact portion 24 (diameter Do). The sealing member 33 will, however, have an opposite movement, as this is pressed more tightly against the valve seat 30 so that the sealing effect is strengthened.

Med andre ord avgrenser anleggspartiet 24 en hoveddel av membranskivens areal som er innrettet til å gi etter for medietrykket, slik at den beskrevne elastiske deformasjon fremkommer. Størrelsen av denne hoveddel av arealet i forhold til en annen del utenfor anleggspartiet, avpasses ved valg av forholdet mellom diameteren Do og diameteren Dp, med sikte på en hensiktsmessig pakningstrykkøkning i hver enkelt installasjon. Det vil normalt være å foretrekke at anleggspartiet er anordnet slik i forhold til membranskiven at medietrykket mot den nevnte hoveddel av arealet utøver et vesentlig større moment i forhold til anleggspartiet enn medietrykket mot den nevnte annen del av arealet. I denne forbindelse vil det innsees at prinsippet for vektarmer ut-nyttes. Den nevnte annen del av membranskiven 22, det vil si trykkflaten mellom diametrene Dp og Do vil være vesentlig mindre enn den trykkflate som er representert ved diameteren Do, nemlig den nevnte hoveddel av membranskivens areal. Det er klart at anleggskraften for tetningskantens eller -organets press mot tetningsflaten eller setet på ventilhuset vil øke med økende trykk i mediet i rørsystemet. In other words, the abutment portion 24 delimits a major part of the membrane disc's area which is arranged to yield to the media pressure, so that the described elastic deformation occurs. The size of this main part of the area in relation to another part outside the installation section is adjusted by choosing the ratio between the diameter Do and the diameter Dp, with a view to an appropriate increase in packing pressure in each individual installation. It would normally be preferable for the installation part to be arranged in such a way in relation to the membrane disc that the media pressure against the aforementioned main part of the area exerts a significantly greater moment in relation to the installation part than the media pressure against the aforementioned other part of the area. In this connection, it will be realized that the principle of weight arms is used. The aforementioned second part of the diaphragm disc 22, that is to say the pressure surface between the diameters Dp and Do will be substantially smaller than the pressure surface represented by the diameter Do, namely the aforementioned main part of the diaphragm disc's area. It is clear that the contact force for the pressure of the sealing edge or member against the sealing surface or the seat of the valve housing will increase with increasing pressure in the medium in the pipe system.

Avhengig av om tetningen er basert på prinsippet hård, henholdsvis bløt pakning som nevnt ovenfor, og andre faktorer, kan det anvendes mange forskjellige materialer i de komponenter og konstruksjonsdeler som inngår i den foran omtalte anordning. Membranskiven kan f.eks. lages av stål eller et annet metall og tetningen kan skje mellom stål evt. metall og et elastomermateriale eller andre materialtyper slik det er kjent ved forskjellige ventilkonstruksjoner. Depending on whether the seal is based on the principle of hard or soft packing as mentioned above, and other factors, many different materials can be used in the components and construction parts that are part of the device mentioned above. The diaphragm disc can e.g. is made of steel or another metal and the seal can be made between steel or metal and an elastomer material or other types of material as is known for various valve designs.

Som et ytterligere viktig trekk ved anordningen ifølge oppfinnelsen er det gjennom ventillegemet 2 på figur 1 vist en kanal 2A som fører frem til hulrommet 12 i rotoren. Dette hulrom står i forbindelse med rommet 13 på baksiden av membranskiven 5. Ved tilførsel av et trykkmedium, f.eks. hydraulisk olje eller trykkluft gjennom kanalen 2A, kan membranskiven 5 presses noe ut eller tilbake fra rotoren 2 mot virkningen av medietrykket P. Dermed vil presset i tetningsflaten 3/10 bli redusert og manøvrering av ventilen blir lettere. As a further important feature of the device according to the invention, a channel 2A is shown through the valve body 2 in Figure 1 which leads to the cavity 12 in the rotor. This cavity is connected to the space 13 on the back of the diaphragm disc 5. When supplying a pressure medium, e.g. hydraulic oil or compressed air through the channel 2A, the diaphragm disc 5 can be pushed somewhat out or back from the rotor 2 against the effect of the media pressure P. Thus, the pressure in the sealing surface 3/10 will be reduced and maneuvering of the valve will be easier.

Den her nevnte avlastning ved hjelp av hydraulisk eller pneumatisk trykk gjennom kanalen 2A forutsetter en aksiell bevegelighet i membranskivens midtparti eller festeparti 6, 7, 15 som tidligere beskrevet. Ved konstruksjoner hvor hydraulisk eller pneumatisk avlastning på denne måte ikke er påkrevet, kan det imidlertid være mulig å ha en fast for-ankring av membranskivens midtparti uten aksiell bevegelighet. Også i en slik utførelse vil passende materialvalg og dimensjonering for membranskiven kunne muliggjøre den beskrevne virkning basert på elastisk deformasjon. The relief mentioned here by means of hydraulic or pneumatic pressure through the channel 2A presupposes an axial mobility in the diaphragm disc's middle part or attachment part 6, 7, 15 as previously described. In the case of constructions where hydraulic or pneumatic relief in this way is not required, it may, however, be possible to have a fixed anchoring of the middle part of the diaphragm disc without axial movement. Also in such an embodiment, suitable material selection and dimensioning for the diaphragm disc will enable the described effect based on elastic deformation.

Som tidligere antydet er oppfinnelsen ikke begrenset til kuleventiler som vist i eksempelet på tegningenes figur 1 og 3, men kan finne anvendelsen ved alle ventiltyper som har lignende forhold, så som seteventiler osv. As previously indicated, the invention is not limited to ball valves as shown in the example in Figures 1 and 3 of the drawings, but can find application in all valve types that have similar conditions, such as seat valves etc.

Claims

Sealing device for ball valves with a valve body (11,21) and a valve body (2,20), where the pressure of the medium in the relevant pipe system etc. can help to increase the pressure in the sealing surface (3/10,33/30) when the ball valve is closed, where a circular diaphragm disk (5,22) with a size and shape largely corresponding to the flow cross-section is arranged on the valve body (2,20) in the valve, and with such adjusted stiffness that it can undergo elastic deformation under the influence of the pressure of the medium when the ball valve is closed, that on the opposite side of the diaphragm disc (5,22) in relation to the one affected by the medium, a narrow contact portion is arranged (4.24) against which the diaphragm disc rests, that the contact part (4.24) delimits a main part of the diaphragm disc's area which is arranged to yield to the pressure of the medium, with the aforementioned elastic deformation as a result, and that another part of the diaphragm disc's area area on the other side of the installation part (4,24) in relation to the main part, includes a sealing member (3,33) and is designed to move in the opposite direction to the main part due to the elastic deformation, so that the sealing member gets increased pressure in the the sealing surface (3/10,33/30) and thus contributes to improved sealing, characterized in that it comprises a channel (2A) through the valve body (2) for conveying hydraulic or pneumatic pressure to a space (12,13) corresponding to mainly to the aforementioned main part of the area and located on the aforementioned opposite side (rear side) of the diaphragm disc (5).