NO170439B - Ventilspindeltetning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en tetning som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.

Forut for foreliggende oppfinnelse er mange spindeltetninger blitt utprøvet, men de har vært beheftet med visse ulemper. F.eks. har noen av de kjente tetninger forårsaket avskalling av spindelen. Andre har ikke gitt en kontinuerlig tetning enten som følge av at de har mistet sin foretrukne form når de utsettes for høye trykk enten under utprøving eller under drift, eller de er blitt for tidlig slitt slik at metallflåtene ikke lenger var i tetningskontakt.

Et eksempel på en metallisk tetning som har vært brukt både i forbindelse med spindeltetninger og med tetning av ringrommet mellom en foringsrørhenger og det omgivende hus er vist i "Paper No. OTC 4371" som ble fremført ved "the 14th Annual Offshore Technology Conference" i Houston, Texas, 3-6 Mai 1982 og med titel "Fire Resistant Wellhead Equipment for Statfjord 'B' Platform". Den spesielle metalltetningsring det henvises til ovenfor er den tetning som er betegnet "Primary Seal" i figur 7 i nevnte skrift. Tetningen har inner- og ytterben som strekker seg fra et midtpunkt i tetningsring-bunnpartiet og divergerer fra hverandre. Tetningsbenene ender i en omvendt bue slik at deres ytterender konvergerer i forhold til hverandre. Tetningsringen betegnet "Secondary Seal" er en U-formet tetningsring med en aktiveringsring som tvinger tetningsbenenes ytterender til tetningsinngrep med veggene i ringrommet mot hvilke de skal tette.

En annen, lignende akseltetning er vist i US-patent nr. 4.471.965, der tetningsringens tverrsnitt er U-formet og hvert av de to ben har et ytre, avrundet utspring som er ment å skulle danne tetningskontakt med overflaten mot hvilken den skal tette. Som ytterligere eksempler på kjent teknikk kan nevnes US patentskrifter 4 592 558 og 4 643 440, samt NO ålment tilgjengelig patentsøknad 84 0613.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret ventilspindeltetning som vil motstå betydelige prøvetrykk uten noen forringelse av den metalliske tetning som dannes av tetningsringen.

Et annet formål er å tilveiebringe en forbedret ventilspindeltetning som gir en metallisk tetning rundt en bevegelig ventilspindel uten noen avskalling av denne.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe en forbedret ventilspindeltetning som kan opprettholde sin tetningsposisjon under forhøyete trykk og bevegelser av ventilspindelen.

Disse formål oppnås ved en tetning av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i den karakteriserende del av det etterfølgende krav 1. Fordelak-tige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige, etterfølgende krav.

Ved tetningen ifølge oppfinnelsen får man således ikke bare en bedre metallisk tetning, men virkningen er også slik at selve tetningen, som er trykkpåvirkbar og utsatt for trykk, beskyttes mot permanent deformering som følge av det trykk den utsettes for. Utvidelsene i tetningsbenenes mellomparti hindrer for store spenninger i tetningens ben, og derved vil tetningen få meget lenger effektiv levetid og gi forhøyet metallisk tetningseffekt enn hva kjente tetninger av denne art kan oppvise.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i tilknytning til tegningen, hvor: Figur 1 er et snitt gjennom dekselet og ventilspindelen til en bevegelig spindelventil med den forbedrete tetning montert rundt spindelen og i boringen gjennom dekselet. Figur 2 er et snitt i større målestokk av tetningen vist i figur 1. Figur 3 er et detaljsnitt gjennom den forbedrete tetning. Figur 4 viser et snitt i større målestokk gjennom tetningsringen idet resten av ringen for klarhetens skyld er utelatt.

Ventilen 10 vist i tegningene er en sluseventil med et hus 12 som avgrenser et slusekammer 14 og med en sluse 16 anbragt i huset for på vanlig måte å regulere strømning gjennom ventilen 10. Ventilen 10 er en sluseventil med dreibar spindel og spindelen 18 er innskrudd i slusen slik at omdreining får spindelen 16 til å bevege seg inn i kammeret 14 mellom stillinger som stenger strømning gjennom ventilhuset 12 eller åpner for strømning gjennom ventilhuset 12. Spindel-gjenger 20 står i inngrep med gjenger 22 i spindelen 16, slik at omdreining av spindelen 18 frembringer den ønskete bevegelse av slusen. I den stilling som er vist i figur 1 er slusen i sin øvre stilling og denne stilling kan enten stenge eller åpne for strømning gjennom ventilhuset 12 avhengig av plasse-ringen av åpningen i slusen 16. Fra denne stilling vil om-dreiningen av spindelen 16 ved hjelp av passende midler (ikke vist) som står i inngrep med dens ytre ende, virke til at slusen 16 beveger seg bort fra dekselet 24 til dens motsatte stilling. Deretter vil omdreining av spindelen 16 i motsatt retning virke til å bringe den tilbake til den viste stilling.

Dekselet 24 omfatter en flens 26 som passende forbindel-sesorganer strekker seg gjennom, såsom pinneskruer 28 og muttere 30, for å feste dekselet 24 til ventilhusets 12 utside slik at kammerets 14 åpning dekkes. En sentral boring 32 strekker seg gjennom dekselet 24 og en forsenkning 34 strekker seg inn i dekselets 24 indre ende og slutter i en bakseteskul-der 36. Dekselets ytre innside omfatter innvendige gjenger 38, en forsenkning 40 og en forsenkning 42 som danner den utsparing 44 i hvilken en forbedret tetningsenhet 46 er anbragt. Utvendige gjenger 48 omgir dekselets 24 ytre ende og en utvidelse 50 er anordnet rundt tetningens 46 tetningsområ-de. En port 52 strekker seg gjennom utvidelsen 50 og kommuni-serer med den sentrale boring 32 umiddelbart under utsparingen 44. En fitting 54 er anordnet i portens 52 åpning og kan være egnet for smøring av dekselets 24 indre eller for trykkprø-ving.

Spindelens 18 ytre ende omfatter en passende lagerinnret-ning 56 som utgjør spindelens 18 dreie-opplagring samt smelt-bart materiale 58 som virker til å bringe spindelskulderen 60 i anlegg på bakseteskulderen 36 når ventilen utsettes for for stor oppvarming. En spindelforlengelse 62 er ved hjelp av en pinne 64 festet til spindelens 18 ytre ende og strekker seg utad gjennom en kappe 66 som er skrudd på utvendige gjenger 48 på dekselets 24 ytre utside. Tetningsenheten 46 er plassert i utsparingen og holdes i denne ved hjelp av en medbringerring som er innskrudd i dekselets 24 innvendige gjenger 38 som vist i figur 1. Spindelforlengelsens 62 ytre ende er gitt en passende form for å tillate tilkopling til en passende innret-ning (ikke vist) for omdreining av spindelen 18, enten manuelt som med et ratt eller mekanisk med en egnet drivkraftinnretning.

Tetningsenheten 46 som er vist i større detalj i figur 2, omfatter en tetningsring 70 som beskrevet nedenfor, støttering 72, som er plassert mellom den indre ende av pakningsglanden 68 og tetningsringen 70, og en styrering 74. Støtteringen 72

i metall og ringformet med passende inner- og ytterdiametre slik at den lett passer i utsparingen 44. Støtteringens 72 tykkelse er slik valgt at når pakningsglanden 68 er helt innskrudd i gjengene 38 i dekselet 24, er tetningsringen 70 plassert i utsparingen 44 slik at dens tetningspartier er i inngrep med tetningsflaten 76 på dekselets 24 innside og med tetningsflaten 78 på spindelens 18 utside. Styreringen 74 er plassert i utsparingen 44 ved en slik stilling at dens indre ende ligger an mot skulderen mellom enden av utsparingen 44 og boringen 32. Styreringen 74 omfatter et fotparti 80 og et oppadstående kantparti 82 som strekker seg oppad mellom tetningsringens 70 innerben 84 og ytterben 86 og ligger an mot tetningsringens 70 fotparti 88 for ytterligere å sikre at tetningsringen er riktig plassert i utsparingen 44.

Tetningsringen 70 er best vist i figur 3 og 4. Den omfatter et fotparti 88 hvorfra strekker seg et indre ben 84

og et ytre ben 86 som vist. Fotpartiets 88 diametre er slik at den kan innføres i utsparingen 44 med en liten klaring fra veggene til dekselets innside av spindelens utside. Som vist i figur 3 vil diameteren C alltid være større enn spindelens 18 ytterdiameter og diameteren F vil alltid være mindre enn innerdiameteren til tetningsflaten 32 i dekselet 24.

Innerbenets 84 innvendige overflate strekker seg aksielt fra fotpartiets 88 innvendige overflate til dens omtrentlige midtpunkt der den strekker seg innad slik at den støtter flaten 90 som er parallell med aksen og deretter buer utad og tilbake innad til tetningsflaten 92 som danner en liten vinkel med tetningsringens akse som nedenfor beskrevet. Innerbenets 84 utvendige overflate strekker seg aksielt til et punkt utenfor støtteflaten 90 og avsmalner så innad til innerbenets ende 94. Ytterbenets 86 utvendige overflate strekker seg aksielt fra fotpartiets 88 utvendige overflate til dens omtrentlige midtpunkt der den strekker seg utad til støtteflaten 96 som er parallell med tetningsringens akse og buer deretter innad og utad til tetningsflaten 98 som danner en liten vinkel utad med tetningsringens akse som beskrevet i det følgende og buer deretter innad som vist. Ytterbenets 86 innvendige overflate strekker seg aksielt til et punkt utenfor støttefla-ten 96 og avsmalner så utad til en posisjon nær ytterbenets 86 ende 100 og avsmalner deretter innad til enden 100 som vist. De adskilte flater 90 og 96 er fortrinnsvis beliggende ved punktet for maksimal utbøyning av deres respektive tetningsben 84 og 86.

Som vist i figur 2, 3 og 4 er den indre tetningsflates 92 diameter A fortrinnsvis mindre enn diameteren til spindelens 18 utside og diameteren D er fortrinnsvis større enn diameteren til tetningsflaten 76 på dekselets 24 innside. Diameteren B, som er støtteflatens 90 diameter, er større enn diameteren A og dessuten noe større enn diameteren til spindelens 18 utside. Diameteren E, som er diameteren til støtteflaten 96, er mindre enn diameteren D og dessuten noe mindre enn diameteren til tetningsflaten 76 på dekselets 24 innside. Diameteren C, som er diameteren til fotpartiets 88 og innerbenets 84 innside, er større enn spindelens 18 utside. Diameteren F, som er diameteren til fotpartiets 88 og ytterbenets 86 utside, er mindre enn diameteren til dekselets 24 innside. Tetningsflaten 92 på innerbenet 84 koner innad i forhold til aksen med vinkelen b og tetningsflaten 98 på ytterbenet 86 koner utad i forhold til aksen med vinkelen a. Den radielle forskjell mellom støtteflaten 96 og tetningsflaten 98 på ytterbenet er dimensjonen d og den radielle forskjell mellom støtteflaten 90 og tetningsflaten 92 er dimensjonen c, alle vist i figur 4.

I den følgende tabell er antydet dimensjons-forhold for en 76,2 mm (3 tommer) spindel som er plassert i en 95,25 mm boring

Det fremgår av ovenstående at den forbedrete tetning gir en positiv metallisk (metall-mot-metall) tetning mot spindelens utside og dekselboringens innside, som er slik konstruert at hvert av tetningsbenene er utstyrt med en støtteflate slik at selv når de utsettes for prøvetrykk av betydelig størrelse, som f.eks. 70.000 kPa, vil trykket som tvinger benene mot deres tetningsflater ikke forårsake permanent deformering av benene.

Claims (9)

1. Tetning (46) for avtetting mellom utsiden av en bevegelig ventilspindel (18) og innsiden av dekselboringen (32) som spindelen (18) strekker seg gjennom omfattende en ringformet metallring (70) med U-formet tverrsnitt og med en ringformet fot (88), et indre ben (84) som strekker seg aksialt fra fotens (88) indre omkretsparti og et ytre ben (86) som strekker seg aksialt fra fotens (88) ytre omkretsparti i samme retning som det indre ben (84), idet det ytre ben (86) er lenger enn det indre ben (84) , karakterisert ved at det ytre ben (86) omfatter en ytre, stumpkjegleformet tetningsflate (98) som vender radielt utad og er beliggende i aksiell avstand fra foten (88), ytterbenets (86) endeparti utenfor tetningsflaten (98) strekker seg radielt innad fra den stumpkjegleformete tetningsflate (98), idet diameteren til fotens (88) ytre omkretsparti er mindre enn diameteren til dekselboringens (32) innvendige overflate, det indre ben (84) omfatter en indre stumpkjegleformet tetningsflate (92) som vender radielt innad og er beliggende i aksiell avstand fra foten (88) idet diameteren til fotens (88) indre omkretsparti er større enn diameteren til den bevegelige ventilspindels (18) utvendige overflate, den ytre stumpkjegleformete tetningsflate (98) avsmalner fra sin største diameter lengst fra foten (88) radielt innad og aksielt mot foten (88), den indre stumpkjegleformete tetningsflate (92) avsmalner fra sin minste diameter lengst fra foten (88) radielt utad og aksielt mot foten (88), et parti (96) av det ytre ben (86) mellom dets stump-kjeglef ormete tetningsflate (98) og foten (88) er forstørret i tykkelse til en diameter som er tilnærmet, men noe mindre enn den stumpkjegleformete tetningsflatens (98) minste diameter for å danne støtte for det ytre ben (86) mot deformasjon som følge av trykk det utsettes for.

2. Tetning (46) ifølge krav 1, karakterisert ved at et parti av det indre ben (84) mellom dets stumpkjegleformete tetningsflate (92) og foten (88) har forstørret tykkelse og derved en indre diameter som er tilnærmet, men noe. større enn den stumpkjegleformete tetningsflates (92) største diameter for å danne en stumpkjegleformet støtteflate (90) for å avstøtte det indre ben (84) mot deformasjon som følge av det trykk det utsettes for.

3. Tetning (46) ifølge krav 2, karakterisert ved at de forstørrete støtte-flater (90, 96) på de indre og ytre ben (84, 86) er beliggende i et midtre parti av benene (84, 86).

4. Tetning (46) ifølge krav 1, karakterisert ved en ring (68) er anbragt for å fastholde metallringen (70) i dens ønskete stilling mellom spindelens (18) utvendige overflate og dekselboringens (32) innvendige overflate.

5. Tetning (46) ifølge krav 4, karakterisert ved at fastholdingsringen (68) omfatter gjenger hvorved den festes til dekselet og begrenser tetningsringens (46) aksielle bevegelse.

6. Tetning (46) ifølge krav 5, karakterisert ved at den omfatter en støtte-ring (72) som er anordnet mellom fotens (88) flate motsatt inner- og ytterbenene (84, 86) og ringen (68).

7. Tetning (46) ifølge krav 5, karakterisert ved at den omfatter en styrering (74) som er beliggende i ringrommet mellom spindelens (18) utvendige overflate og dekselboringens (32) innvendige overflate og som har et sentralt utspring (82) som strekker seg til en stilling i inngrep med foten (88) mellom tetningsringens (46) indre og ytre ben (84, 86).

8. Tetning (46) ifølge krav 1, karakterisert ved at ytterbenets (86) stumpkjegleformete ytre tetningsflate (98) før montering avsmalner radielt innad og aksielt mot den ringformete fot (88) med en vinkel på en og en halv grad.

9. Tetning (46) ifølge krav 8, karakterisert ved at innerbenets (84) stumpkjegleformete indre tetningsflate (92) før montering avsmalner radielt utad og aksielt mot den ringformete fot (8) med en vinkel på en og en halv grad.