NO172606B - Treveisventil og roerledning tilpasset skraping - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en treveis skrapbar ventil for en rørledning for fordeling av fluid, f.eks. i form av væske såsom olje eller andre petroleumsprodukter.

Når én og samme rørledning benyttes for flere forskjellige fluidtyper er det kjent at når man ønsker å gå over fra en fluidtype til en annen etter å ha stengt av tilførselen av det første fluid på rørets innløpsside, men før man åpner for tilførselen av det alternative fluid for tilførsel fra samme sted, ønsker man gjerne å føre en skrapeinnretning eller skraper inn fra innløpssiden og nedover i rørledningen og tilbake igjen for å rense rørledningens indre ved skraping mot innerveggen. Under skraperens nedovergående bevegelse (i samme retning som strømningsretningen for fluidet fra innløpet til utløpet i rørledningen) føres rester av det første fluid ut av rørledningen. På denne måte unngås blanding av de to fluider, idet en blanding oftest er uønsket og kan anses som en for-urensning av det andre fluid fra det første. Skraperen er "innelukket" slik at den skal kunne bevege seg frem og tilbake flere ganger i en rørledning uten normalt å kunne bli ført ut av røret.

Et slikt arrangement er beskrevet i FR patentskrift 2 222 587.

Treveisventiler som er innrettet for fordeling av fluid, særlig i væskeform, må være tilpasset slik skraping, og dette innebærer at det stilles visse krav til ventilenes innvendige geometri.

I praksis har treveisventiler for dette formål en hovedgren som da er innrettet for å kunne skrapes av en skraper, og en avgrening som gjerne går ut i rett vinkel i forhold til hovedgrenen, slik at ventilen danner en T.

I FR patentskrift 2 222 587 benyttes de skrapbare treveisventiler som er tiltenkt installasjon i en rørledning for fordeling av fluid, særlig i form av væske, for selektiv lukking av avgreningen i et ventillegeme som kan gli i hovedgrenens retning og er innrettet for å kunne stenge/åpne en ringformet åpning i hovedgrenens vegg.

En slik løsning har imidlertid visse ulemper, særlig ved at det ikke er mulig for skraperen å føre med seg de fluidrester som har blitt liggende igjen omkring åpningen og nærmest ventillegemet, siden det rundt åpningen er en viss radial godstykkelse. Det indre av en slik treveisvehtil rommer forskjellige kroker og hulrom som det er vanskelig å få adgang til og hvor avleiringer lett blir liggende utenfor- fluidstrøm-men. Slike dødsoner i ventiler vil også gi årsak til dannelse av hvirvelstrømmer som kan føre til betydelige strømningstap i hovedstrømmen. Endelig vil det ikke være mulig å føre inn en skraper i avgreningsrøret hvis dette er påkrevet, tilstrekkelig langt inn mot hovedgrenen.

I kjente rørledningsanlegg for fluidtransport benyttes ofte ventiler av vidt forskjellig type, såsom en type for opplagring av skrapere på innløpssiden når ikke skraping skal foregå, og andre typer lenger nede i rørledningen for de enk-elte avgreninger, f.eks. for tilførsel eller uttak av fluid.

Den foreliggende oppfinnelse har som hensikt å unngå

de ulemper som er nevnt ovenfor ved å foreslå en treveisventil som ikke tillater avsetning av annet enn et meget lite kvantum restfluid som ikke kan skrapes ut, men hvor ventilen samtidig unngår å innføre turbulensvirkninger av nevneverdig betydning.

Videre foreslås en treveisventil som er innrettet for

å kunne brukes både som tilførselsventil og opplagrings- og startsted for skrapere, i tillegg til at disse ventiler med mindre modifikasjoner vil kunne brukes som treveisventiler som betjener en avgrening i en hovedgren i en rørledning for fluidtransport.

Dette er oppnådd ved at det i samsvar med oppfinnelsen er skaffet til veie en treveisventil for en rørledning som omfatter et fellesrør og flere avgreningsrør, og innrettet for å føre ett av flere forskjellige fluider alternativt til et av avgreningsrørene, idet minst den ene ende av fellesrøret har et lukkeelement.

Treveisventilen er særlig kjennetegnet ved et ventilhus med en hovedgren og en sentral avgrening som strekker seg langs en akse normalt på en akse i fellesrørets lengderetning,

et dreibart sfærisk ventillegeme opplagret i avgreningen nær en åpning i forbindelsen mellom avgreningen ,og hovedgrenen,

en skrapeinnretning som består av minst én stempel-

plugg som kan beveges aksialt fremover og tilbake i hovedgrenen og på begge sider av åpningen fra lukkeelementet eller fra en motsatt ende av fellesrøret, for å lede fluid fra hovedgrenen til avgreningen eller motsatt, og

en sperremekanisme med et tilbaketrekkbart sperreelement og en innretning for bevegelse av sperreelementet inne i hovedgrenen, på tvers av aksene, i den hensikt å hindre at stempelpluggen eller -pluggene lukker åpningen.

Åpningen i forbindelsen mellom avgreningen og hovedgrenen kan ha form av et rektangel med avrundede hjørner, hvis største dimensjon, lengden, strekker seg parallelt med hovedgrenen, og hvis minste dimensjon, bredden, strekker seg normalt på både denne og avgreningen. Forholdet mellom åpningens lengde og bredde kan f.eks. ligge mellom 1,3 og 1,4, og lengden kan tilsvare mellom 80 og 95% av hovedgrenens innerdiameter. Boringen kan fortrinnsvis ha like stor innerdiameter som avgreningens, og dennes innerdiameter kan være like stor som hovedgrenens. Ventillegemets akse kan fortrinnsvis strekke seg normalt på både hovedgrenens og avgreningens lengdeakse.

Ifølge oppfinnelsen er sperremekanismens sperreelement i form av en stang som kan skyves tvers over hovedgrenen til den faller inn i en ikke gjennomgående boring i dennes vegg på motsatt side. Stangen kan f.eks. utgjøre støtestangen i en dobbeltvirkende, kraftsylinder, og den kan beveges på tvers av både hovedgrenens og avgreningens lengdeakse. Ventillegemets tverrakse ligger fortrinnsvis parallelt med hovedgrenens lengdeakse. Videre omfatter treveisventilen ifølge oppfinnelsen en åpning for injeksjon av fluid under trykk tvers over hovedgrenen, og en lukkeflens festet til den ene ende av hovedgrenen, omfattende et sete for opptak av en skraper slik at denne ved anlegg i setet blir liggende mellom dette og åpningen, og fortrinnsvis er det slik at det i stedet anordnet en injeksjonsåpning for injeksjon av fluid under trykk gjennom setet og inn i hovedgrenen i dennes lengderetning .

Ytterligere formål og kjennetegnende trekk samt for-deler ved oppfinnelsen vil fremgå av den nå følgende detalj-beskrivelse som støtter seg til utførelseseksempler, hvor fig. 1 viser et aksialsnitt av en treveisventil ifølge oppfinnelsen, utstyrt med en lukkeflens og anvendbar som til-før selsventil, opplagrings- og startsted for en skraper,

fig. 2 viser i et tverrsnitt på tvers av hovedgrenens lengdeakse ventilen i lukket stilling, idet snittet går langs midten av den avgrening i rørledningen som ventilen betjener, fig. 3 viser et tverrsnitt i samsvar med pilene III - III på fig. 2, fig. 4 viser et aksialsnitt av en annen treveis ventil ifølge oppfinnelsen, nå utstyrt med et sperreelement og innrettet for å tjene som avgreningsventil, fig. 5 viser et aksialsnitt tilsvarende snittet på fig. 2, fig. 6 viser en skjematisk oversikt av en rørledning for fluidfordeling ute av drift, men hvor rørledningen ut fra en eneste tilførselsforbindelse kan fordele fluid til flere avgrensede reservoarer, fig. 7 viser en tilsvarende oversikt over en rørledning for samme formål, men hvor nå det aktuelle fluid er på vei inn i den viste del,

fig. 8 viser samme rørledning ved et noe senere tidspunkt, hvor fluidet er nådd frem til den midterste av de tre reservoarer, fig. 9 viser den samme rørledning ved et noe senere tidspunkt hvor innløpet av det aktuelle fluid er stanset, og fig. 10 viser endelig samme rørledning etter at den er ren-set i en skrapeoperasjon.

På fig. 1 og 2 har treveisventilen ifølge oppfinnelsen fått henvisningstallet 1, og en slik ventil omfatter som vist en hovedgren 2 med to endeflenser 3, 4, såvel som en rørstuss i form av en avgrening 5, likeledes utrustet med endeflenser 6, 7. Avgreningen går ut i rett vinkel fra hovedgrenen 2, og både denne og avgreningen har i dette eksempel samme tverrsnitt og innerdiameter. Gjennom innerveggen i hovedgrenen 2, og i dette eksempel midt på denne, finnes en åpning 8 tilpasset forbindelse med en kilde for trykkluft (eller et annet fluid som står under trykk). Videre er det

i en plan flens 2A som går langs hovedgrenen 2 laget en åpning 9 for forbindelse mellom .det indre av hovedrøret 2 og avgreningen 5, idet åpningen 9 i sin helhet ligger innenfor avgreningens innvendige kontur eller forlengelse av dennes innervegger. ©undt åpningen 9 dannes derfor bare en mindre og lett rengjørbar flate som ikke tillater avleiring av mer enn et meget lite kvantum fluid.

Åpningen er sett fra enden på fig. 3, og fortrinnsvis har åpningen tilnærmet rektangulær form og avrundede hjør-ner. Rektangelformens største dimensjon, åpningens lengde, strekker seg parallelt med hovedgrenens 2 sentrale lengdeakse X-X, og f.eks. kan forholdet mellom åpningens lengde og dens minste dimensjon, bredden, være omkring 1,35 (mellom 1,3 og 1,4), mens lengden tilsvarer omtrent 90% (mellom 80 og 95%) av hovedgrenens innerdiameter.

Åpningens 9 strømningstverrsnitt er fortrinnsvis minst 2/3 av det nominelle tverrsnitt i avgreningen, fortrinnsvis ligger dette forhold i nærheten av 66 eller 75%.

Mellom hovedgrenen 2 og avgreningen 5 er anordnet et lukkeelement 10 med et sfærisk ventillegeme 11. Lukkeelementet er i den viste utførelsesform festet midt inne i treveisventilen 1 ved hjelp av lange bolter 12 som går igjennom hull i endeflensen 7 i avgreningen 5 og motstående gjengede hull 13 i den plane flens 2A.

Det fremgår tydelig av fig. 2 at ventillegemet 11 i form av en kule minst kan dreies 90° om en akse X-X normalt på avgreningens sentrale lengdeakse Y-Y. På denne måte kan det sfæriske ventillegeme, som er forsynt med en sylindrisk boring 14 med samme innvendige tverrsnitt som avgreningens 5, i en åpen stilling hvor boringen ligger i avgreningens lengderetning tillate full gjennomgang mellom avgreningen og hovedgrenen via åpningen 9, og i en lukkestilling hvor boringen ligger normalt på avgreningens sentrale lengdeakse Y-Y hindre gjennomstrømning gjennom treveisventilen.

Tettende pakninger 15 sørger for å hindre forbistrøm-ning utenfor ventillegemet 11.

Man kan merke seg at det volum som den sfæriske overflate av ventillegemet berører under legemets rotasjon tilnærmet tangerer fortsettelsen av hovedgrenens innvendige kontur slik at ventillegemet i lukkestillingen tilnærmet fyller hele åpningen 9 uten likevel å hindre passasje av en skraper 16 innført i hovedgrenen.

På denne måte blir den eneste flate som kan utsettes for avleiring av . fluidrester og ikke kan skrapes ren , den som befinner seg på siden av åpningen 9 inne i godset i hovedgrenens forlengelse. Man merker seg videre at både avgreningen 5 og boringen 14 gjennom ventillegemet 11 kan skrapes når disse ligger i flukt med hverandre.

Lukkeelementet 10 med ventillegemet 11 står slik som vist på fig. 2 i forbindelse med et ikke vist styreelement (17 på fig. 5) av pneumatisk type, og dette element kan være en eller annen passende kjent innretning. I det viste eksempel er ventillegemets dreieakse både vinkelrett på avgreningens lengdeakse Y-Y og hovedgrenens X-X.

I den installasjon som er vist på fig. 1 og 2 av-sluttes treveisventilen med kuleformet ventillegeme i den ene ende av hovedgrenen med en lukkeflens 18 som er festet med festeelementer 19 (her bolter) til endeflensen 3, mens endeflensen 4 er festet til en tilsvarende flens på enden av den rørledning som treveisventilen i eksempelet sitter i enden av. Lukkeflensen 18 har en skålformet utsparing som danner et sete 20, 21 med sideflate 20 og bunn 21. I eksemplet har setet form av et rett kjeglesegment med sirkulær grunnflate, og denne form er tilpasset opptak av enden av en skraper 16 med komple-mentær form. Setets bunn 21 har en injeksjonsåpning 22 tilpasset forbindelse med en trykkilde, f.eks. for generering av trykkluft, men her ikke vist, f.eks. kan denne kilde være den samme som ' den omtalt i forbindelse med åpningen 8.

I eksemplet som er vist på fig. 1 ligger hovedplanet for lukkeflensen 18 og lengdeaksen Y-Y for grenrøret parallelt med hverandre og i en avstand som.tilsvarer lengden av en skraper 16 eller noe større enn denne, slik at når en skraper befinner seg inne i hovedgrenen og med anlegg i setet 20, 21 kan fluidet strømme noenlunde fritt fra avgreningen 5 og inn i hovedgrenen eller motsatt uten at skraperen hindrer strømmen eller blir trukket med.

Fig. 4 og 5 viser en annen treveisventil hvor de elementer som gjenfinnes på fig. 1-3 har samme henvisnings-tall, med tillegg av et merke, og ventilen l<1> har på tilsvarende måte en hovedgren 2' med endeflenser 3', 4', en avgrening 5' med endeflenser 6', 7', og et lukkeelement 10'

med sfærisk ventillegeme 11'. Endeflensene 3', 4' er vist delvis montert til tilsvarende endeflenser på en rørledning.

I rørveggen i hovedgrenen 2' er også anordnet en åpning 8' for å blåse inn trykkluft (f.eks.), og på motsatt side finnes en større åpning 9' tilsvarende åpningen 9 vist på fig. 1 og 3.

I utførelsen ifølge fig. 4 og 5 er det anordnet en sperremekanisme 25 med et glideforskyvbart sperreelement i form av en stang 26 innrettet til^å trenge inn radialt i hovedgrenen 2* ( hovedsakelig der hvor aksene X-X og Y-Y krysser hverandre.

Stangen er innrettet for å sperre for bevegelse i den ene eller andre retning av en skraper 16 i hovedgrenen 2'. Nærmere bestemt er stangen 26 innrettet til å føres tvers gjennom hovedgrenen og inn i en ikke gjennomgående boring 28

i hovedgrenens vegg på motsatt side, slik at stangen blir opplagret på to sider.

Stangen 26 er i det viste utførelseseksempel glide-forskyvbar : i radial retning, og fig. 5 viser at stangen 2 6

i dette tilfelle danner støtestangen i en dobbeltvirkende kraftsylinder 27 som kan drives hydraulisk eller pneumatisk og er innrettet for å tilkobles til en passende kraftkilde.

Sammenligning mellom figurene viser at ventilene 1 og 1<1>"er svært lite forskjellige, siden de ikke avviker annet enn ved nærværet av sperremekanisiren 25 i det siste tilfelle.

I praksis og ifølge en foretrukket variant som ikke er vist

i forbindelse med ventilen 1, ligger de to diametralt motsatte boringer i et plan som avgreningens lengdeakse ligger i og som står normalt på hovedgrenens lengdeakse Y-Y. Det er føl-gelig tilstrekkelig å slå gjennom ett av disse ikke gjennomgående hull for å føre inn et sperreelement, og dermed over-føres den utførelse som er vist på fig. 1 til den som er vist på fig. 4 og 5. Dette innebærer mulighet for kostnadsbe-sparelse, ved at ventilene 1 og 1<1> kan fremstilles maskinelt innenfor noenlunde samme fabrikasjonsprogram, og hvis man benytter denne variant av ventilen 1 vil man også kunne redu-sere lagerholdet, under den forutsetning at montasjen av sperreelementet ikke behøver finne sted før treveisventilen er bragt på plass i én rørledning, siden ventilene 1 og 1<1>

er identiske bortsett fra den modifikasjon som montasjen av et slikt sperreelement innebærer.

En anvendelse for ventilen vist på fig. 1 - 5 er skissert på figurene 6-10 som illustrerer fem påfølgende faser for en rørledning 29 for fordeling av fluid, særlig væske, fra et tilførselsrør 30 og til et av flere reservoarer 31, 32, 33. Rørledningen 29 har en treveis innløpsventil 34 som tilførselsrøret 30 er tilkoblet og fra hvilken et felles-rør 35 fører ut til reservoarene. Tre grehventiler 36 (36A, 36B og 36C) er anordnet nær enden av fellesrøret 35, motsatt innløpsventilen 34. Hver av grenventilene står i forbindelse med et respektive avgreningsrør 37, 38 og 39, tilkoblet et respektive reservoar.

Skrapingen av rørledningen 29 krever anvendelse av to skrapere 16A og 16B i det viste tilfelle. Ifølge en for-del ved oppfinnelsen er innløpsventilene 34 og 36 hovedsake-iig identiske og adskiller seg ikke ved annet enn montasje-detaljer for plassering i rørledningen 29. Et felles krav vedrørende grenventilene 36 er at de er av den tidligere om-talte type med et glideforskyvbart sperreelement, og dette krav har man ikke når det gjelder innløpsventilen 34.

Fortrinnsvis er ventilene 34 og 36 respektive identiske med ventilene 1 og 1', og kraftsylindrene 27 er vist i fortsettelsen av de respektive avgreningsrør 37, 38 og 39 av tegningsmessige årsaker. I en variant som imidlertid ikke spesielt er illustrert er innløpsventilen 34 samme ventiltype som ventilen 1' uten at man benytter sperrefunksjonen.

I den utgangsstilling som er vist på fig. 6 er de fire ventiler 34 og 36 alle lukket, og de to skrapere 16A og 16B ligger i sin utgangsposisjon inne i ventilen 34 (se også fig. 1) butt i butt mot hverandre og mot lukkeflensen 40 vist ytterst til venstre på figuren, tilsvarende lukkeflensen 18

på ventilen ifølge fig. 1. Lukkeflensen 40 lukker på tilsvarende måte innløpsventilens 34 hovedgren på den andre side av der hvor fellesrøret 35 er tilsluttet, og en helt tilsvarende lukkeflens 41 er vist ytterst til høyre på figuren, festet til den ytterste grenventil 36C.

Etter at tilførselsrøret 30 er tilkoblet en første fluid- eller væskekilde åpnes innløpsventilen 34 slik det fremgår av figur 7, og dette innebærer at den første skraper 16A skyves ut sammen med væskestrømmen i fellesrøret 35.

For ikke å hindre fremdriften av denne skraper er det i enden av røret, ved E, sørget for utslipp til atmosfæren, gjennom en åpning som tilsvarer åpningen 22 vist på fig. 1. Forflyt-tingen av skraperen' skjer helt til den har passert grenventilen 36B tilknyttet reservoaret 32, til hvilket man ønsker å føre væsken.

Ved dette tidspunkt føres komprimert luft med et trykk P inn gjennom lukkeflensen 41, hvilket fører skraperen 16A tilbake til den ved dette tidspunkt innskjøvne sperre-stang gjennom grenventilen 36B som deretter, ved at ventilen er åpnet inn mot avgreningsrøret 38, sørger for den ønskede væsketransport til reservoaret 32(fig. 8).

Når den ønskede væskemengde har blitt levert lukkes innløpsventilen 34 og trykkluft med trykket P tilføres gjennom, lukkeflensen 40 utenfor denne ventil, hvorved resten av den aktuelle væskemengde føres ut til reservoaret 32 ved hjelp av den andre skraper 16B (fig. 9).

Når all væsken er ført inn i dette reservoar kommer de to skrapere 16A og 16B til å ligge inn mot hverandre, bare adskilt av sperrestangen, hvoretter grenventilen 36B kan stenges og stangen trekkes ut fra ventilen. Ved på ny å til-føre trykkluft gjennom lukkeflensen 41 skyves begge skrapere tilbake gjennom fellesrøret 35 til sin utgangsposisjon (fig. 10) .

I en variant som her ikke er vist kan den grenventil 36C som ligger ytterst eller nederst i rørledningen som her dannes av fellesrøret 35, være av den ventiltype som er vist på fig. 1 uten altså å.ha noe glideforskyvbart sperreelement.

Det er innlysende at beskrivelsen ikke er ment annet enn til å belyse eksempler og ikke slik at dette skal ha noen begrensende virkning på oppfinnelsen som i prinsippet bare avgrenses av de etterfølgende patentkrav.

Claims (4)

1. Treveisventil (1, 1') for en rørledning (29) som omfatter et fellesrør (35) og flere avgreningsrør (37, 38, 39), og innrettet for å føre ett av flere forskjellige fluider alternativt til et av avgreningsrørene (37, 38, 39), idet minst den ene ende (40) av fellesrøret (35) har et lukkeelement (10), KARAKTERISERT VED: et ventilhus med en hovedgren (2, 2') og en sentral avgrening (5, 5') som strekker seg langs en akse (Y-Y) normalt på en akse (X-X) i fellesrørets (35) lengderetning, et dreibart sfærisk ventillegeme (11, 11') opplagret i avgreningen (5, 5') nær en åpning (9, 9') i forbindelsen mellom avgreningen og hovedgrenen (2, 2'), en skrapeinnretning som består av minst én stempelplugg (16; 16A, 16B) som kan beveges aksialt fremover og tilbake i hovedgrenen (2, 2') og på begge sider av åpningen (9, 9' ) fra lukkeelementet (10) eller fra en motsatt ende (41) av fellesrøret (35), for å lede fluid fra hovedgrenen til avgreningen (5, 5') eller motsatt, og en sperremekanisme (25) med et tilbaketrekkbart sperreelement (26) og en innretning (27) for bevegelse av sperreelementet inne i hovedgrenen (2, 2' ), på tvers av aksene (X-X) og (Y-Y), i den hensikt å hindre at stempelpluggen (16) eller -pluggene (16A, 16B) lukker åpningen (9, 9').

2. Ventil ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED to stempelplugger (16A, 16B), en på hver side av avgreningens (5) sentrale lengdeakse (Y-Y), at hver stempelplugg (16A, 16B) har den ende som vender mot den andre plugg konisk avskrådd, og at sperremekanismen (25), når slik er anordnet, i aktiv stilling har sitt sperreelement (26) ført inn mellom stempelpluggene slik at ikke en av disse kan overføre pendelbevegelse til den andre.

3. Ventil ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED å være slik innrettet at den ene av de to stempelplugger (16A, 16B) først beveges i én retning av fluidet som føres inn gjennom åpningen (9, 9' ) og deretter i motsatt retning mot den andre plugg og eventuelt mot sperremekanismens sperreelement (26), som følge av fluidtrykk som virker på denne stempelplugg i motsatt retning av trykket fra det fluid som føres inn gjennom åpningen.

4. Ventil ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED å være innrettet slik at den andre av de to stempelpiugger (16A, 16B) føres i den første retning mot den første plugg og eventuelt mot sperremekanismens sperreelement (26) som følge av fluid under trykk og deretter i motsatt retning av den første stempelplugg og det fluidtrykk som virker på denne, etter at det eventuelt innskjøvne sperreelement er trukket tilbake.