NO169913B - Ringromsventil - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en ringromsventil med en aksial boring som opptar en ringformet pakningsenhet, innbefattende et antall innsatser som hver omfatter en topp-plate, en bunnplate, og et steg som er utformet i ett med og utgjør den eneste forbindelse mellom topp- og bunnplatene, idet stegets indre kant skråner nedad og utad fra boringens akse.

I mange år har konstruksjonen av pakningsenheter for ringromsventiler fulgt de prinsipper som er beskrevet i US-patent nr. 2 609 836. Slike pakningsenheter omfatter metallinnsatser som er regelmessig fordelt rundt pakningens lengdeakse og innstøpt i et elastomerisk materiale. Ved innsnevring eller lukking av enheten om et brønn-borerør forankres det elastomeriske materiale ved hjelp av innsats-stegene da det danner vertikale folder som strekker seg radielt innad for av-tetting av røret. Når pakningsenheten stenger mot seg selv, det vil si når der ikke er noe rør i enhetens langsgående boring, vil elastomer-materialet i foldene under sin bevegelse inn mot aksen i visse tilfeller strekkes eller forlenges så mye som 350 til 400%. Gjentatte stengningsforløp bevirker stor slitasje og tretthet i elastomer- eller gummimaterialet, slik at pakningen får redusert effektiv levetid på grunn av slik sterk strekking.

US-patentskrifter nr. 3 958 808 og 3 917 293 viser en pakningsenhet og innsatser for slik pakningsenhet som i vesentlig grad øker pakningsenhetens sykliske levetid. Øknin-gen i syklisk levetid skyldes at innsatsstegene er anordnet i elastomermaterialet med en avstand fra den sentrale lengdeakse og fra hverandre på en differensiell måte for å tilveiebringe differensial-forankring om aksen til sirkulært fordelte partier av elastomer-materialet som utsettes for innadrettet forskyvning. Gummistrømningsbaner åpnes mellom innsatsene.

I en utføringsform av pakningsenheten vist i ovennevnte patentskrifter, er gummiens forankring ved enkelte steg nærmere midtaksen enn forankringen av materialet ved andre steg. Med andre ord kan steg som effektivt er nærmere og fjernere fra aksen veksle om aksen. Ved andre utførelser av oppfinnelsen er stegene anordnet med generelt lik avstand fra aksen, men enkelte par av stegene har tettere sirkulær, innbyrdes avstand eller fordeling om nevnte akse enn andre steg-par. Vesentlig øket syklisk levetid oppnås for pakningen ved den i de ovenfor omtalte patentskrifter angitte oppfinnelse. Der er imidlertid fortsatt behov for en pakning med lenger syklisk levetid enn den som oppnås ved disse kjente konstruksjoner.

Britisk patentskrift GB-A-2 100 775 viser forskjellige utføringsformer av ringromsventiler med pakningsenheter av den innledningsvis angitte art. Ifølge en av disse utføringsfor-mer har pakningsenheten innsatser som hver omfatter en topp-plate, en bunnplate, og et steg som er utformet i ett med og som danner hele forbindelsen mellom topp- og bunnplatene. Den øvre del av stegets indre kant strekker seg nedad og utad fra boringens akse, hovedsakelig med det formål å hindre oppad bevegelse av pakningsmateriale som reaksjon på stemplets inn-skyving av pakningsenheten. Ifølge en alternativ utførings-form er stegets innerkant rett og motstanden mot oppbuling av pakningsmaterialet besørges av et innad-forløpende utspring på den øvre plate.

Det nye og særegne ved ringromsventilen ifølge foreliggende oppfinnelse er at stegets indre kant er formet som en kontinuerlig bue fra et punkt nær topp-platen 61 til et punkt nær bunnplaten 62.

Pakningsinnsatsen i ringromsventilen ifølge foreliggende oppfinnelse virker til å vende trykkprofilen på røret, idet den flytter trykk-maksimum til nedre ende av pakningsenheten slik at der blir mindre utpressing rundt pakningsenhetens topp-plate. Derved bringes elastomer-materialet som innsatsen er innstøpt i, i kompresjon ved stegets topp-parti, hvilket fører til minsket oppriving og utpressing over pakningsenhetens topp-plate, hvilket fører til øket syklisk levetid for pakningsenheten. Riktignok har innerkanten til pakningsinnsatsen i ringromsventilen ifølge GB-A-2 100 775 som tidligere nevnt et øvre, fra ventilaksen utadskrånende parti, men dette er relativt kort, og innerkantens vinkelform er ikke egnet til å gi den ovennevnte virkning som oppnås på grunn av den jevnt avrundete bueform på innerkanten til pakningsinnsatsen ved

ringromsventilen ifølge foreliggende oppfinnelse.

Det henvises til tegningene hvor:

Figur 1 viser ringromsventilen ifølge oppfinnelsen i tverrsnitt sett ovenfra,

figur 2 viser formen på stegene til pakningsinnsatsen i ringromsventilen ifølge oppfinnelsen, og

figur 3 viser den nye innsats ifølge oppfinnelsen og den resulterende trykkprofil for pakningsenheten i en ringromsventil som er lukket om et rør.

Som vist i figur 1 omfatter ringromsventilen 10 en pakningsenhet 18 som har to forskjellig utformete innsatser 50 og 51 vekselvis fordelt rundt pakningsenhetens omkrets. Innsatsene 50 og 51 er innstøpt i elastomer-materiale 34.

Som vist figur 2 innbefatter ringromsventilen 10, i hen-hold til standard innen faget ringromsventiler, et metallhus 11 som kan være fastboltet til brønnhode-foringsrør og annet brønnutstyr. Huset innbefatter et stempel 15 som kan beveges oppad i et kammer 16 som reaksjon på fluidtrykk som virker oppad mot stempelet for radiell innsnevring av den ringfor-mete pakningsenhet 18 via trykkutøvelse fra en stempelkam-overflate 22 mot pakningens utvendige overflate 23. Overfla-tene 22 og 2 3 er koniske med økende areal i oppadretningen. Når pakningen 18 er tilstrekkelig radielt innskjøvet vil den tette om et brønnrør 19 som er vist aksielt vertikalt for-løpende gjennom sikringen 10 i figur 2, og i fravær av et rør vil pakningsenheten 18 fullstendig avstenge det vertikale gjennomløp 20 gjennom sikringen, når enheten er tilstrekkelig innsnevret eller sammentrukket ved hjelp av stempelet 15. Ved nedadbevegelse av stempelet, ekspanderer pakningen radielt utad til åpen stilling. Pakningsenheten 18 er normalt inne-sluttet på konvensjonell måte vertikalt under et husdeksel hvis nedre innvendige overflate 27 er vist i figur 2.

Pakningsenhetens metallinnsatser 51 og 50 er generelt sirkulært fordelt med innbyrdes avstand om enhetens 4 0 sentrale lengdeakse. Innsatsene 50 og 51 omfatter steg 31 og 33 som strekker seg generelt i lengderetningen. En ring av elastomer-materiale 34 som strekker seg rundt pakningsaksen innstøper stegene slik at de forankrer materialet mot innad komprimerende forskyvning for innsnevring av pakningen. Stegenes avstand fra aksen og fra hverandre skaper differensial-forankring rundt aksen til sirkulært fordelte partier av elastomer-materialet som utsettes for innad forskyvning om aksen. Som angitt i de innledningsvis omtalte US-patentskrifter vil en slik differensial-forankring lette differensiell innadstrømning eller utpressing av sirkulært fordelte partier av elastomer-materialet med den følge at maksimal strekking av materialet blir minst mulig og maksimale spenninger blir tilsvarende begrenset.

Som vist i figur 3 har innsatsen 51 eller alternativt innsatsen 50, en topp-plate 61 og en bunnplate 62, og et steg 33. Ifølge oppfinnelsen skråner stegets 33 innerkant i en kontinuerlig bue nedad og utad fra en mindre, øvre radial avstand 64 til en større, nedre radial avstand 68 fra røret 19. En annen måte å karakterisere skråningen på stegets 33 innerkant, er at dens skråning danner en positiv vinkel (+6) i forhold til lengdeaksen til den pakningsenhet hvori den er innstøpt.

Som vist i figur 3, virker skråningen på stegets 33 innerkant til at forholdsvis mer av elastomer-materialet 34 innesluttes i den nedre del av stegets 3 3 innerkant. Slik skråning på stegets 3 3 innerkant medfører en senking av maksimumspunktet for trykkprofilen mot røret 19 om hvilket pakningsenheten lukker som vist til høyre på figur 3. Det antas at den nedad- og utad-forløpende skråning, kontinuerlig bueformete på stegets 33 innerkant fører til at elastomer-materialet trykkbelastes mot stegets 3 3 innerkant som vist med piler 65. Selv om hele pakningselementet utsettes for strekk-påkjenning som følge av at den oppadrettete kraft fra brønn-trykket under pakningsenheten søker å bevirke fraskilling av elastomer-materialet 3 4 fra røret 19 under tetning rundt røret 19, er det til stegets 33 innerkant festete elastomer-materiale utsatt for trykkbelastning. Som følge av elastomer-materialets 3 4 trykkvirkning ved stegets 3 3 øvre, bueformete innerkant, oppnås mindre oppriving ved topp-platens 61 øvre kant 66 enn ved kjente ventilkonstruksjoner av samme art.

Det foretrukne område for den positive vinkel på den indre kant av stegene i innsatsene (50, 51) ifølge oppfinnelsen, er fra seks til tolv grader, avhengig av pakningens geometri, som bringer elastomer-materialet til å bevege seg oppover inn i øvre del av steget (som vist i figur 3), istedenfor å trekkes bort (som f.eks. ved den kjente innsats ifølge førnevnte US patentskrift 3 958 808 eller 3 917 293).

Det skal bemerkes at selv om de viste innsatser er av differensial-innsatstypen som vist i figur 1 og 2, kan alle innsatsene være av identisk form med lik innbyrdes avstand rundt pakningsenhetens radius, som f.eks. ifølge US-patentskrift nr. 2 609 836.

Claims (2)

1. Ringromsventil (10) med en aksial boring som opptar en ringformet pakningsenhet (18), innbefattende et antall innsatser (50, 51) som hver omfatter en topp-plate (61), en bunnplate (62), og et steg (31, 33) som er utformet i ett med og utgjør den eneste forbindelse mellom topp- og bunnplatene (61, 62), idet stegets (31, 33) indre kant skråner nedad og utad fra boringens akse, karakterisert ved at stegets (31, 33) indre kant er formet som en kontinuerlig bue fra et punkt nær topp-platen (61) til et punkt nær bunnplaten (62).

2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at stegets (31, 33) innerkant generelt skråner med en positiv vinkel innenfor et område på fra seks til tolv grader i forhold til boringsaksen.