NO171519B - Drenering gjennom kuleventil - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en ventiler for væskekontroll ifølge kravinnledningen.

Det vises til følgende patenter av interesse: US 2 510 514, US 2 712 454, US 3 275 025, US 3 403 887, US

3 536 296, US 3 773 291, US 3 779 511, US 3 883 113, US 4 103 868, US 4 140 149, US 4 342 444, US 4 465 259 og US 4 696 323.

Ventiler for kontroll av fluider i produksjon av medisiner, spesialkjemikalier og i sanitæranvendelser krever presis strømningskontroll, pålitelig sterilisering, lett rengjøring av deler i kontakt med fluider, såvel som de vanlige ønskede ventilkarakteristikker at de er lette å vedlikeholde og at de er økonomiske å fremstille. Selv om noen av de ovennevnte patenter kan tilfredsstille noen av de ønskede karakteristikker for slike ventiler, er det ingen som møter alle.

Følgelig er det ønsket å frembringe en væskekontroll vent il med nøyaktig strømningskontroll, som lett kan steriliseres, rengjøres og vedlikeholdes og som også er pålitelig i drift og økonomisk å fremstille. Dette oppnås med den foreliggende oppfinnelse slik den er definert med de i kravene anførte trekk.

Ventilens ventilhus har en passasje som danner en strømningsutboring og en kule som er roterbart montert i strøm-ningsutboringen slik at kulen tetter i en kontinuerlig tetningskontakt som dannes mellom kulens ytre diameter og utboringens indre diameter. Et elastomert belegg omgir kulen slik at den ytre diameter av belegget er noe større enn utboringen for å danne en bevegelig interferenstilpasning når kulen roteres, og en tett avstenging mellom utboringen og kulen når ventilen er lukket. Ett eller to spor, fortrinnsvis vinklet i V-form, er anordnet på den ytre diameter av kulen slik at væskestrømmen blir styrt av sporet når kulen roteres omkring kulens og akselens akse.

Kulen entrer ventilhuset gjennom en åpning som er i rett vinkel med strømningsutboringen og som har samme diameter som strømningsutboringen. Kulen og akselen kan være en del av en hetteenhet slik at kulen kan settes inn gjennom ventilhusåpningen til den kommer i full kontakt med strømutboringen, og med hetten hvilende fast på ventilhuset. En akselhette-pakning i ett stykke gir statisk tetning mellom ventilhuset og hetten, og gir også en dynamisk tetning rundt akselen.

Når ventilen er montert med akselen horisontal, er ett av kulesporene som danner en strømåpning i strømutboringen plassert på bunnen av ventilen. Dette tillater at rørledningen dreneres totalt når ventilen er åpen. Dette eliminerer eventuelle restlommer av prosessvæske som kunne forurense den styrte prosess. Dessuten tillater denne konstruksjon at alle deler som er i kontakt med væsken i ventilen blir rengjort og sterilisert mens de sitter i rørlinjen.

Utformingen av denne unike ventil frembringer således de følgende trekk. 1) En tettende linjekontakt mellom kulens ytre diameter og strømutboringens indre diameter danner pakning for ventilen og leder således til presisjonsstyring gjennom sporene i kulen. 2) Kulen gjøres i stand til å tjene som støtdel for de krefter som genereres ved det strømmende medium og eliminerer dermed flere deler som normalt brukes for denne funksjon. 3) Alle fluider dreneres i rørlinjen totalt gjennom ventilen med minimal skråning på en horisontal linje og letter dermed rengjøring og sterilisering. 4) Det benyttes en pakning som frembringer både dynamisk akseltetning og statisk tetning mellom ventilhuset og hetten slik at unødvendige deler elimineres. 5) Ventilenheten frigjøres for lommer med prosessrester som kunne forurense den styrte prosess og gir dermed en steril enhet. 6) Den gjør det mulig å fjerne hetten og kuleakselenheten fra ventilhuset ved å fjerne bare fire skruer og å utløse kulen gjennom en åpning fra ventilhuset. 7) Den gjør det mulig å maskinere og polere ventilens indre flater med konvensjonelle maskinverktøy. Ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse har således primær anvendelse i produksjon av medisiner og spesialkjemikalier som blir produsert f.eks. ved bruk av genetisk endrede bakterier og gjærer. Ytterligere bruk kan være i sanitæranvendelser som krever enten presis strømningskontroll, eller på/av-anvendelser.

Oppfinnelsen kan best forstås ved henvisning til den følgende beskrivelse, sammen med tegningene, hvor like henvis-ningstall identifiserer like elementer i de forskjellige figurer, og hvor figur 1 viser et oppriss av en væskekontrollventil ifølge oppfinnelsen, med ventilspindelen i horisontal stilling og ventilen i lukket stilling, figur 2 viser et tverrsnitt langs linjene 2-2 på figur 1, figur 3 viser et eksplosjonsriss i snitt av ventilhuset, hetten og kule/spindel-enheten, figur 4 er et forstørret oppriss av ventilen i lukket stilling, figur 5 er et forstørret oppriss av kulen rotert til den åpne stilling, og figur 6 er et forstørret riss av kulen, delvis i snitt.

Det henvises først til figur 1, som illustrerer en væskekontrollventil 10 konstruert i henhold til prinsippene med den foreliggende oppfinnelse. Ventilen 10 omfatter et ventilhus 12 og en hette 14, festet med gjengede skruer 16 til ventilhuset 12. En flens 18 er anordnet på den andre ende av hetten 14 for tilkopling av en standard aktuator for å styre åpning og lukking av ventilen. På figur 1 er en kule 20 illustrert i den lukkede stilling inne i strømutboringen i ventilhuset 12.

Som man best kan se på figur 2, omfatter ventilhuset 12 et innløp 22 og utløp 24 forbundet ved strømutboringen 26. Pilen på figur 2 indikerer strømretningen for en væske fra innløpet 22 til utløpet 24, skjønt det er forstått at ventilen 10 også kan drives med væskestrøm i motsatt retning. En klemme 23 er anordnet ved innløpet 22, og en flens 25 ved utløpet 24. Kulen 20 er sfærisk i form, og omfatter to spor 28, 30 som hvert trekker seg mindre enn 180° rundt overflaten på kulen 20, slik at det gjenstår et lite område 32 av kulens overflate mellom dem på motsatte sider av kulen (se figur 2, 5, 6). Hvert spor er utformet i en V-form med vinkel X (figur 6) som fortrinnsvis er mellom 90 og 120°.

Væskestrøm gjennom ventilen 10 styres ved sporene 28, 30 når kulen 20 blir rotert i den ene eller den andre retning rundt aksen til spindelen 34. Størrelsen på sporene kan varieres for å tillate forskjellige ventilkapasiteter, og bare ett spor kan benyttes om ønsket. Den foreliggende oppfinnelse har betydelige fordeler når ventilen 10 monteres i rørledningen slik at spindelen 34 er horisontal som vist på figur 1. I dette tilfelle, med ventilen lukket, er kulen 20 i strømutboringen 26 i den posisjon som er vist på figur 2 og i oppriss på figur 4. Når imidlertid spindelen 34 roteres slik at kulen plasseres i full åpen stilling som vist på figur 5, merk at sporet 28 er ved bunnen av ventilen, og derfor på det laveste væskestrømpunkt i strømutboringen 26, hvilket tillater rørledningen som er forbundet med ventilen 10 å dreneres totalt når ventilen er åpen. Hvis to spor 28, 30 blir brukt, vil alltid det ene eller det andre spor være i bunnen av strømutboringen i ventilens åpne stilling. Hvis bare ett spor blir brukt, må man passe på å plassere sporet i den lukkede stilling slik at, når kulen roteres til åpen stilling, vil sporet være i bunnen av strømutboringen.

Kulen 20 omfatter et elastomert belegg 36 som dekker hele den ytre overflaten av kulen 20, skjønt om ønskelig, kan elastomerbelegget 36 dekke bare den sfæriske overflate uten spor på kulen 20. I begge tilfeller er diameteren på kulen 20 og tykkelsen av elastomerlaget dimensjonert slik at den utvendige diameter av elastomerbelegget er noe større enn diameteren i strømutboringen 26, for å danne en bevegelig interferenstilpasning mellom kulen 20 og veggene i strømutboringen 26 når kulen roteres, og en tett avstengning mellom strømutboringen og kulen når ventilen er lukket. Som man kan se på figur 2 og 4, er det anordnet en væskestrømpakning i ventilen ved linjekontakt mellom den utvendige diameter av kulen 20 og den innvendige diameter av strømutboringen 26. Linje-tetningskontakt 40 mellom kulen 20 og strømutboringen 26 er dannet av en kontinuerlig, ubrudt tetningslinje som forbinder punkt 32a og det motsatte punkt 32b av de smale seksjoner 32 mellom sporene 28 og 30 på den sfæriske overflate på kulen 20, og punktene 42a og motsatt punkt 42b som er på respektive motsatte brede deler 42 på den sfæriske overflate mellom sporene 28 og 30. Fra ventilens lukkede stilling som vist på figur 4, hvor linjekontakt-tetningen 40 blir dannet mellom pakningspunktene 32a, 32b, 42a, 42b, kan således spindelen 34 roteres mot klokkeretningen (fra spindelens drevne ende) slik at kulen 20 vil innta den helt åpne stilling som vist på figur 5.

En annen betydelig fordel ved den foreliggende oppfinnelse kan ses fra snittet på figur 2. Bemerk at linjekontakt-tetningen mellom kulen 20 og strømutboringen 26 gjør kulen i stand til å tjene som støtdel for de krefter som genereres av det strømmende medium. Denne unike konstruksjon eliminerer det vanlige behov for separate ventildeler for å utføre denne funksjon.

Montering av kulen 20 inne i ventilhuset gir ventilen ifølge oppfinnelsen en annen betydelig fordel, som lettest kan ses fra figur 2 og 3. Ventilhuset 12 omfatter en åpning 50 i veggen 52 og er spesielt utformet med et spor 54 maskinert i veggen 52. En elastomerpakning 56 er innrettet til å passe inn i åpningen 50, og omfatter en flens 58 for å passe inn i sporet 54, og en åpning 60 med en diameter som er litt større enn spindelen 34. Åpningen 60 omfatter også en del med mindre diameter som danner en enhetlig, stor O-ring-liknende pakning 62. Diameteren for pakningsdelen 62 er litt mindre enn diameteren på stammen 34, slik at det er en tett tilpasning med stammen for å danne en dynamisk pakning ved stammedelen 64 (se figur 2).

Ventilhussporet 54 omfatter en ringformet skulder 66 i kontakt med tetningsflensen 58, og blir presset ned i denne når hetten 14 blir festet til ventilhuset 12 ved hjelp av skruene 16. Pakningen 56 gir således dynamisk tetning rundt spindelen såvel som en statisk tetning mellom ventilhuset 12 og hetten 14.

Spindelen 34 ligger inne i en passasje 68 i hetten, og er ved sin øvre ende tettet ved hjelp av en 0-ring 70 som blir holdt på plass av en O-ringholder 72. En standard klemme 74 holder koplingen 18 på hetten 14 ved en O-ringholder 72 mellom dem som vist på figur 2. Væske som måtte lekke ut av strømutbo-ringen 26 og inn i passasjen 68 blir selvfølgelig stoppet av 0-ringen 70.

En standard dreneringsforbindelse 80 i hetten 14 er normalt forseglet, og kan åpnes for å gi tilgang til passasjen 68 gjennom forbindelseskanalen 69 for å bestemme hvorvidt det er noen uønsket lekkasje av væske forbi pakningen 56. Når ventilen 10 blir brukt i situasjoner hvor sterilitet er påkrevet, kan man anordne to rengjøringskoplinger i hetten 14, begge lik dreneringsforbindelsen 80. Damp kan leveres til en slik ren-gjøringskopling og fjernes fra den andre, for å sterilisere passasjen 68 og derved hindre forurensninger fra å entre prosessvæsken gjennom området med pakningen 56.

Ved toppen av spindelen 34 er en standard drivadapter 82 montert med en passende pinne 84 på spindelen 34 for å tillate styrt drivaktivering av spindelen 34 og derved styre stillingen til kulen 20. Spindellageret 86, 88, eksempelvis av Teflon, er montert i hetten på motsatte ender av passasje 68 for å under-støtte spindelens 34 bevegelse.

For å lette sammenmontering og fjerning av delene for rengjøring og vedlikehold, er åpningen 50 i hovedsak av samme diameter som strømutboringen, og er i rett vinkel med denne, dvs. sentralaksen til åpningen 50 er i rett vinkel med lengdeaksen til strømutboringen 26. Som vist på figur 3, settes kulen 20 inn gjennom åpningen 50 til et sete inne i strømutboringen som vist på figur 2. Hetten 14 festes så til ventilhuset med skruene 16. Fjerning av kuleventilen kan lett utføres ved å fjerne skruene 16 og å flytte hetten bort fra ventilhuset 12.

I en konstruert utførelse av oppfinnelsen, ble en elastomer 36 støpt på plass rundt en metallkule 21 (figur 6) med tykkelse på omkring 1,27 mm. Kulen 20 er dimensjonert i forhold til strømutboringen 26 slik at den ytre diameter av elastomerbelegget 36 på metallkulen 21 er 0,254 mm større enn diameteren av strømutboringen 26. Sporene 28 og 30 blir begge utformet med en vinkel på omkring 120°.

Kulen 20 kan også bli utformet av plast eller hard gummi innvendig, med et ytre lag av en mykere og mer fleksibel elastomer. Alternativt kan hele kulen være utformet av et elastomermateriale.

Sporene 28 og 30 blir utformet på kulens overflate for å ta vare på forskjellige ønskede strømkapasiteter for ventilen. Som et eksempel får man større strømkapasitet hvis begge spor 28 og 30 er utformet med en vinkel på omkring 120°. Mindre strøm-kapasitet kan anordnes med grunnere spor som hvert har en vinkel på omkring 90°.

Følgelig, de nye trekk ved ventilen 10 ifølge den foreliggende oppfinnelse er: 1. En tettende linjekontakt mellom den utvendige diameter på kulen og den innvendige diameter i strømutboringen danner pakningen for ventilen; 2. kulen tjener som støt-del for de krefter som genereres ved de strømmende media; 3. væskene i rørlinjen kan dreneres totalt gjennom ventilen med minimal skråning på en horisontal linje; 4. en enkel pakning gir både dynamisk tetning rundt spindelen og statisk tetning mellom ventilhuset og hetten; 5. ventilens innvendige overflater kan maskineres og poleres ved bruk av konvensjonelle maskinverktøy; 6. ventilenheten er fri for lommer med prosessrester som kunne forurense den styrte prosess; 7. hele hetten, kule/spindel-enheten, drivkoplingen og drivaktuatoren kan fjernes

fra ventilhuset ved å fjerne bare fire skruer.

Den foregående detaljerte beskrivelse er gitt bare for klarhet og forståelse, og er ikke tenkt som noen begrensning, idet modifikasjoner vil være åpenbare for fagfolk på området.

Claims (13)

1. Ventil for væskekontroll, omfattende et ventilhus (12) med et innløp (22) i den ene ende, et utløp (24) i den andre ende og en disse forbindende sylindrisk boring (26) for å lede en væske gjennom ventilhuset (12) i boringen (26), med et ventillegeme bestående av en sfærisk formet kule (20) og en spindel (34) for å rotere kulen (20), idet kulens diameter er i det vesentlige lik boringens (26) diameter, idet ventilen videre omfatter en monteringsanordning for å montere enheten med kule (20) og spindel (34) på ventilhuset (12) slik at spindelen (34) har en vinkel i forhold til ventilhuset, KARAKTERISERT VED at kulen (20) omfatter et par symmetriske spor (28, 30) på motsatte ytre overflater, at sporene (28, 30) strekker seg mindre enn 180° rundt overflaten for å danne symmetrisk motstående, smale sfæriske overflater forbundet med symmetriske motstående bredere sfæriske overflater og som danner flater for å blokkere væske-strømmen, og med den sfærisk formede kule anbragt i en bevegelig interferens-tilpasning i boringen (26), slik at flatene er i tettende kontakt med boringen, idet spindelen (34) er roterbar for å rotere kulen (20) fra 1) en første stilling som blokkerer gjennomstrømningen og hvor kulens smale og brede overflater (32, 42) er i tettende kontakt med veggene i boringen (26) i en ubrudt tetningslinje, til en andre stilling 2) . som åpner passasjen gjennom ventilen, hvor bare kulens brede overflater er i tettende kontakt med boringen (26) og væsken kan strømme kun gjennom sporene (28, 30).

2. Ventil ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at kulen (20) omfatter et elastomert belegg (36) på de tettende overflater.

3. Ventil ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at monteringsanordningen omfatter en hette (14) med en passasje (68) innrettet for innsetting av spindelen (34) og en anordning for å montere hetten (14) på ventilhuset (12).

4. Ventil ifølge krav 3, omfattende en åpning i boringens vegg, KARAKTERISERT VED at monteringsanordningen omfatter en tetningsdel (56) i tettende kontakt i åpningen for å hindre tap av væske fra boringen (26) gjennom åpningen.

5. Ventil ifølge krav 4, hvor åpningen omfatter et tetningsspor (66) i boringen, KARAKTERISERT VED at tetningsdelen omfatter en tetningsflens (58) innrettet til å passe inn i sporet (66).

6. Ventil ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at tetningsdelen omfatter en åpning (50) for innsetting av spindelen (34).

7. Ventil ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at spin-delåpningen i tetningsdelen (56) omfatter en indre tetningsdel med en diameter som er noe mindre enn spindelens (34) diameter for å danne en væsketetning rundt den roterbare spindel (34).

8. Ventil ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at ventilen muliggjør total drenering av væske gjennom ventilhuset (12).

9. Ventil ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at det elas-tomere belegg (36) strekker seg over kulens overflate.

10. Ventil ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den omfatter en åpning (50) i boringens (22) vegg og at monteringsanordningen omfatter en innretning for fjernbar montering av kule/spindel-enheten til ventilhuset ved fjernbar isetting av kulen (20) gjennom åpningen (50).

11. Ventil ifølge krav 10, KARAKTERISERT VED at åpningen er sirkulær med en diameter i det vesentlige lik kulens (20) diameter.

12. Ventil ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at sporene er V-formet med en innvendig vinkel mellom 90 og 120°.

13. Ventil ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at den omfatter et par rengjøringskoplinger som strekker seg gjennom hetten (14), som står i forbindelse med passasjen (68) og som er innrettet til å motta et steriliseringsmedium for å sterilisere passasjen (68) mot forurensning.