NO167940B - Kuleventil - Google Patents

Description

I norsk utlegningsskrift 159 553 er det beskrevet en kuleventil med tilhørende aktuator særlig beregnet til bruk i rørledningssystemer som fører gass og/eller olje på store havdyp.

Den kjente kuleventil har et kuleorgan forsynt med to aksielt forskyvbare hylser innrettet til i ventilens åpne stilling å være forskjøvet utad til tettsluttende anlegg mot seter anordnet i det omgivende ventilhus, for dannelse av en strømningskanal gjennom ventilen. Denne omfatter videre en hul drivaksel for kuleorganets dreiebevegelse mellom åpen og lukket stilling og en drivspindel gjennom den hule drivaksel innrettet til å bevirke den aksielle forskyvningsbevegelse av hylsene.

Kuleorganet i den kjente ventil er delt i to med kuledeler som er løsbart forbundet med hverandre. For manøvrering av ventilen mellom åpen og stengt stilling er det i utlegningsskriftet beskrevet henholdsvis en hydraulisk løsning og en mekanisk løsning, idet den sistnevnte er basert på en forholdsvis komplisert anordning av tannhjul og tannstenger.

Foreliggende oppfinnelse går ut på en videreutvikling av ovennevnte kjente kuleventil, særlig med sikte på en forenklet konstruksjon som kan være mer attraktiv for mindre ventiler enn dem som i første rekke er av interesse i forannevnte utlegningsskrift. Således kan foreliggende oppfinnelse være vel så interessant for installasjoner over vann som for undervannsinstallasjoner. Heller ikke er det noen forutsetning ved foreliggende oppfinnelse at ventilens kuleorgan skal være todelt for bekvem demontering, slik som i den forannevnte tidligere kjente konstruksjon.

Ventiler av den art som her er nevnt krever en aktuator for enkel, presis og sikker manøvrering for å kunne funk-sjonere tilfredsstillende. En fordelaktig aktuator for dette formål er beskrevet i den avdelte norske patentsøknad nr. 90.5295.

Ved konstruksjonen av kuleventilen går denne oppfinnelse i korthet ut på en spesielt enkel og fordelaktig mekanisme for å bevirke forskyvningsbevegelsen av hylsene i kuleorganet. Nærmere angivelser av kuleventilen ifølge oppfinnelsen, innbefattet de nye og særegne trekk ved denne, er å finne i patentkravene.

De her beskrevne konstruksjoner er egnet til å gi verdifulle bidrag til forenkling av ventilsystemer eksempel-vis i oljerelatert industri, på oljeplattformer og lignende. Samtidig som de forholdsvis enkle konstruksjoner medfører kostnadsbesparelser, bidrar de også til større sikkerhet på oljeinstallasjoner til lands såvel som til havs.

En spesiell fordel ved de her beskrevne konstruksjoner består i at åpning og lukking av kuleventilen kan skje ved hjelp av bare en enkel roterende bevegelse av en inngangs-aksel, for eksempel bevirket ved betjening av et håndratt.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til et utførelseseksempel på tegningene, hvor: Fig. 1 viser et aksielt snitt av en kuleventil med aktuator, basert på konstruksjoner ifølge oppfinnelsen, idet ventilen er vist i åpen stilling, Fig. 2 viser et lignende snitt som på figur 1, men med

ventilen i stengt stilling,

Fig. 3 viser et snitt etter strømningskanalens akse og vinkelrett på snittet ifølge figur 1, det vil si vinkelrett på kuleorganets dreieakse og med ventilen i åpen stilling, Figurene 4A og 4B viser skjematisk samvirkende kamorganer for bevegelse av to hylser som inngår i kuleorganet i ventilen ifølge figurene 1-3.

Kuleventilen på figurene 1-3 har et ventilhus 76 som med flenser, som for eksempel vist ved 80, kan innkobles i et rørledningssystem. Et kuleorgan i ventilhuset har to hoveddeler 83 og 85 som kan være sammensatt på lignende måte som tilsvarende hoveddeler av kuleorganet i ventilen som er beskrevet i forannevnte norske utlegningsskrift. Som det spesielt fremgår av figurene 2 og 3 er det i den øvre kuledel 85 tildannet svalehalespor 96 for samvirke med komplementære partier på den nedre kuledel 83. I tilknyt-ning til sistnevnte partier er det vist boringer 90 for adkomst til bolter 91 som tjener til å feste et lageroppheng 81 for nedre kuledel, til ventilhuset 76.

Den nedre ende av en drivspindel 69 er opplagret ved hjelp av en ring 82 i en skive 92 og fiksert ved hjelp av muttere 93.

På oversiden av kuleorganet er det anordnet et lager 87 med distansering 86 inne i den øvre kuledel 85 som er forlenget oppad i form av en drivaksel 32 inn i aktuatoren som er montert på toppen av selve ventilen, det vil si på et kraftig lokk 28 som er boltet fast til en øvre flens på ventilhuset 76. Drivakselen 32 er lagret i lokket 28.

I stengt stilling av ventilen som vist på figur 2, danner en sfærisk tetningstallerken eller -flate 97 på hver side av kuledelen 85 tetning mot et ventilsete 79 på hver side av ventilhuset.

På figur 1 er to forskyvbare hylser 66A og 66B vist henholdsvis i fullt utskjøvet stilling (øvre halvdel av hylsene) og i sin inntrukne stilling (nedre halvdel av hylsene). Disse hylser glir utvendig på et opplagrings-stykke 74 som utgjør en indre del av kuleorganet og har en stamme 75 for gjennomføring av drivspindelen 69 gjennom ventilens strømningskanal. Som det spesielt fremgår av figur 3 er denne stamme 75 utformet strømlinjet for å innvirke minst mulig på gjennomstrømningen når ventilen er åpen. Figur 3 viser forøvrig også hylsene 66A og 66B i fullt utskjøvet stilling med tetning som vist ved 84 mot et sete 88 i ventilhuset 76. Mens den fulle strømningskanal er betegnet 73 på figurene 1 og 3, er en halvdel av strømnings-tverrsnittet på høyde med stammen 75 betegnet 73A på figur 2.

Kuleventilen som beskrevet så langt svarer i hovedsaken til den som er vist i forannevnte utlegningsskrift, bortsett fra gjennomføringen av drivspindelen 69 ned mot bunnen av ventilhuset 76.

Den spesielle konstruksjon for den nevnte forskyvningsbevegelse av hylsene 66A og 66B ved omdannelse av drivspindelens dreiebevegelse til translasjonsbevegelsen av hylsene skal nå beskrives nærmere. På drivspindelen 69 er det montert to skiveformede kamorganer i form av såkalte kulisseskiver 68A og 68B, som ligger på hver sin side av hylsene, henholdsvis over og under disse. Som tydeligere vist på figurene 4A og 4B er disse skiver 68A og 68B forsynt med spor for samvirke med tapper 67A henholdsvis 67B som vist oventil og nedentil på hylsen 66A på figur 1. Disse tapper er innrettet til å kunne gli i sporene under dreining av skivene 68A og 68B, idet sporene forløper med varierende radiell avstand fra aksen for spindelen 69 og dermed bevirker forskyvning av hylsene utad eller innad i forhold til aksen, avhengig av dreieretningen.

Kulisseskiven 68A på figur 4A har to krumme spor 70A og 70B som forløper med økende avstand fra drivspindelen 69. Nærmere bestemt har disse spor form av sirkelbuer med sentrum beliggende utenfor aksen for drivspindelen 69, nemlig ved 72 som illustrert for sporet 70A. I dreiestil-1ingen på figur 4A er hylsene 66A og 66B forskjøvet maksimalt utad, det vil si at tappelementene 67A og 67Y befinner seg i den ytterste del av sporene 7OA og 7OB. I denne stilling ligger krumningssenteret 72 på en linje som faller sammen med det aksielle plan gjennom hylsene 66A og 66B, hvilket medfører den vesentlige fordel at krefter som virker aksielt på disse hylser ikke vil gi noe moment som kunne dreie skiven 68A ut fra stillingen på figur 4A.

Når aktuatoren dreier drivspindelen 69 mot urviser-retningen på figurene 4A og 4B, vil sporene 7OA og 7OB resultere i en inntrekkende bevegelse på hylsene, slik at de vil ende i en tilnærmet fullt inntrukket stilling som vist på figur 4B, med tapporganene i den innerste del av sporene. Det vil innsees at størrelsen av forskyvningsbevegelsen svarer til differansen i radiell avstand fra drivspindelens akse til den effektive bane for tappelementet i de respektive spor, det vil si til en (krum) midtlinje i sporet. Som spesielt vist på figur 4B kan tappen 67A på hylsen 66A være forsynt med en glidekloss 71 med to sylin-derflater svarende til henholdsvis indre og ytre begrens-ningsflate for sporet 70A.

Av ovenstående fremgår det også at de to spor 7OA og 70B i kulisseskivene, for eksempel skiven 68A er vinkel-forskjøvet 180° i forhold tii hverandre om aksen for drivspindelen 69. Den effektive dreievinkel som sporene innebærer for tappelementenes glidebevegelse i disse, ligger fortrinnsvis i området 70° til 80°, med 75° som en mest foretrukket vinkel. Dette valg av vinkelområde har sammenheng med den totale vinkelbevegelse som med fordel kan utnyttes for hele ventilmanøvreringen fra åpen til steng posisjon og omvendt. Dette totale vinkelområdet vil i praksis mest hensiktsmessig kunne være sirka 180°. Av dette totale vinkelområdet vil 90° medgå til dreiningen av selve kuleorganet mellom åpen og stengt stilling. Til en viss grad har disse vinkelforhold sammenheng med konstruksjonen av aktuatoren som skal manøvrere ventilen gjennom de forskjellige sekvenser, inkludert forskyvningsbevegelsen av de beskrevne hylser. Det her nevnte vinkelområde for sporene i kulisseskivene, er på figur 4B illustrert ved 61.

Denne anordning med samvirkende kamorganer som spesielt forklart under henvisning til figurene 4A og 4B, er enkel og pålitelig idet hver hylse får en balansert kraftpåvirkning ved henholdsvis utskyvning og inntrekning i forhold til kuleorganet når dette befinner seg fiksert i den stilling som svarer til åpen ventil. Kamanordningen gir en ren translasjonsbevegelse av hylsene, slik at det normalt ikke vil være nødvendig med spesielle midler til å sikre at disse ikke blir dreiet under forskyvningsbevegelsen.

Det henvises igjen til figur 1 hvor det oventil på den øvre kuledel 85 er festet en tosidig virkende anslagsdel iform av en skive 78 med en utskåret sektor for dannelse av anslag innrettet til å samvirke med et fast anslagselement 77 innvendig i huset 76. Dette arrangement av anslag sikrer på i og for seg kjent måte en definitiv stopp av kuleorganets dreining henholdsvis i dettes vinkelstilling for stengt ventil og for åpen ventil. I sistnevnte stilling er det av stor betydning at vinkelen er nøyaktig innstilt, fordi hylsene 66A og 66B ved forskyvningen utad må treffe sine seter 88 (figur 3) mest mulig nøyaktig.

Claims (6)

1. Kuleventil av den art som har et kuleorgan (83, 85) forsynt med to aksielt forskyvbare hylser (66) innrettet til i ventilens åpne stilling å være forskjøvet utad til tettsluttende anlegg mot seter (88) anordnet i det omgivende ventilhus (76), for dannelse av en strømningskanal (73) gjennom ventilen, og som omfatter en hul drivaksel (32) for kuleorganets dreiebevegelse mellom åpen og lukket stilling og en drivspindel (69) gjennom den hule drivaksel innrettet til å bevirke den aksielle forskyvningsbevegelse av hylsene (66), karakterisert ved at det på drivspindelen (69) for dreining sammen med denne er anordnet to fortrinnsvis skiveformede, første kamorganer (68A, 68B) på hver sin side av hylsene (66), at hylsene er forsynt med tilsvarende og samvirkende, andre kamorganer (67A, 67B) for den aksielle forskyvningsbevegelse ved dreining av drivspindelen (69) i forhold til kuleorganet (83, 85), at de første kamorganer dannes av to kulisseskiver (68, 68A, 68B) som hver er forsynt med to krumme, fortrinnsvis sirkel-bueformede spor (70A, 70B) som er vinkelforskjøvet 180° i forhold til hverandre om drivspindelens akse og forløper i plan vinkelrett på drivspindelens (69) akse, og at de andre kamorganer har form av tappelementer (67A, 67B) som stikker inn i de nevnte spor for å kunne gli i disse ved dreining av drivspindelen.

2. Kuleventil ifølge krav 1, karakterisert ved at hvert av sporene (70A, 709) er sirkelbueformet med et sentrum (72) som når hylsene befinner seg i fullt utskjøvet stilling, ligger i et plan definert ved drivspindelens akse og den felles akse for hylsene (66A, 66B). (Fig. 4A.)

3. Kuleventil ifølge krav 2, karakterisert ved at hvert av sporene (70A, 70B) strekker seg over et effektivt vinkelområde på 70°-80°, fortrinnsvis ca. 75° omkring drivspindelens akse. (Fig. 4A og 4B.)

4. Kuleventil ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at hvert tappelement består av en rund tapp (67A) stikkende radielt ut fra hylsen (66A) nær den indre ende av denne, og en glidekloss (71) som er montert dreibart på tappen (67A) og har glideflater utformet i overensstemmelse med samvirkende flater i det tilhørende spor (70A). (Fig. 4B.)

5. Kuleventil ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at en hul stamme (75) for gjennomføring av drivspindelen (69) diametralt gjennom kuleorganets strømningskanal (73, 73A), har et strøm-linjeformet tverrsnitt. (Fig. 3.)

6. Kuleventil ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at drivakselen (32) eller kuleorganet (85) er forsynt med en tosidig virkende anslagsdel (78) innrettet til å samvirke med et fast anslagselement (77) i ventilhuset (76), for veldefinert begrensning av kuleorganets dreiebevegelse mot åpen, respektive stengt stilling av ventilen. (Fig. 1.)