NO175829B - Anordning ved ventil, særlig stor kuleventil - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en anordning ved ventiler, særlig store kuleventiler til bruk i olje- og gassinstallasjoner for produksjon til havs. Slike kuleventiler og for-skjellige andre vanlige ventiltyper, f.eks. sluseventiler, omfatter et ventillegeme med tetningsflater som er innrettet til å samvirke med ventilsetepartier, og en bevegelig sete-eller pakningsholder. Kjente ventilkonstruksjoner av denne art kan omfatte en sete- eller pakningsholder som er bevegelig i forhold til ventillegemet, f.eks. under påvirkning av en fjærkraft.

Med en bevegelig sete- eller pakningsholder som i tillegg til en fjærkraft har et hydraulisk eller pneumatisk system for å presses i retning mot ventillegemet, er det mulig å avstedkomme en reserve eller sikring når det gjelder tegningsvirkningen. Det forekommer nemlig at pakningen eller hovedpakningen i ventiler kan svikte av en eller annen grunn. Ofte anvendes det for slike pakninger et forholdsvis mykt materiale, så som PVC eller lignende, som under visse påkjen-ninger og særlig etter lengre tid vil kunne gi mulighet for lekkasje. Oppfinnelsen tar sikte på en løsning som skal sikre mot slik lekkasje.

Britiske patentpublikasjoner nr. 2.050.572 og 2.135.432 omhandler konstruksjoner med en primær eller normal pakning som ved overopphetning og resulterende skade fører til at en sekundær eller supplerende tetningsvirkning metall mot metall inntrer. Denne supplerende tetning blir tilveiebragt ved fjærpress. I disse kjente konstruksjoner ligger en fremspringende ekstra tetningskant innenfor den primære eller normale pakning. Norske patentskrifter nr. 157.514 og 159.681 omhandler kuleventiler med tetningsanordninger, hvor hydrauliske eller pneumatiske stempelorganer tjener til å bevege sete- eller pakningsholdere. Som ytterligere et eksempel på kjent teknikk nevnes også europeisk patentpubli-kasjon nr. 0.128.658, som i hovedsak beskriver konstruksjoner tilsvarende de to forannevnte britiske publikasjoner.

Ved en ventil av den innledningsvis angitte art består således det nye og særegne ved anordningen ifølge oppfinnelsen i kombinasjonen av at sete- eller pakningsholderens frontparti i tilknytning til en forholdsvis myk hovedpakning, er utformet med en fremspringende kant eller egg forløpende utenfor og langs hele konturen av hovedpakningen og rettet mot ventillegemet, men med en viss, liten avstand fra dette under normal tetningsfunksjon bevirket av hovedpakningen, at den fremspringende kant eller egg er innrettet til ved øket tetningskraft å komme i direkte og tettende berøring med en samvirkende flate på ventillegemet for oppnåelse av en forbedret eller sikret tetning i ventilen, og at sete- eller pakningsholderen er forsynt med et dobbeltvirkende stempelorgan som inngår i et hydraulisk eller pneumatisk system innrettet til å bevege sete- eller pakningsholderen i retning bort fra ventillegemet for å lette omstillingen av dette ved innledning av en ventiloperasjon, henholdsvis til å presse sete- eller pakningsholderen i retning mot ventillegemet for å bevirke den økede tetningskraft.

Denne anordning vil ha den tilsiktede funksjon uansett om hovedpakningen er anbragt på sete- eller pakningsholderen eller eventuelt på det bevegelige ventillegeme. I begge tilfeller er det tilveiebragt et hjelpe-tetningselement som kan danne en rent metallisk tetning uavhengig av eller som tillegg til hovedpakningens tetningsvirkning. Den forholdsvis myke hovedpakning vil bli presset mer eller mindre flat når den bevegelige sete- eller pakningsholder presses under forholdsvis stor kraft mot ventillegemet slik at den fremspringende kant eller egg kommer i tettende anlegg mot dette.

Med andre ord vil den her angitte løsning tilveiebringe to separate pakningssysterner i samme ventil, basert på henholdsvis et forholdsvis mykt pakningselement og tetning mellom metalldeler som har hensiktsmessig hårdhet. Dette sikrer tetning i alle situasjoner.

I tillegg til forannevnte reserve- eller sikringsvirk-ning under mer eller mindre normale forhold, vil anordningen ifølge oppfinnelsen også ha en særlig fordel under brann eller annen overopphetning, som kan medføre at den myke hovedpakning smelter eller deformeres.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, som viser et eksempel på en kuleventil beregnet for bruk i olje- eller gassinstallasjoner til havs, hvor det ofte er behov for ventiler av meget store dimensjoner.

Fig. 1 viser et forenkelt aksielt snitt gjennom kule-ventilen,

fig. 2 viser delvis i snitt og forstørret en sete- og pakningsring som inngår i ventilen på fig. 1, og

fig. 3 viser ytterligere forstørret og i aksielt snitt detaljer ved tetningen mellom ventilkulen og huset i ventilen på fig. 1.

Kuleventilen på fig. 1 omfatter på vanlig måte hoved-deler i form av et hus 1, et lokk 2 og en ventilkule 3 som ved ventiloperasjon dreies ved hjelp av en stamme 5 som trer ut gjennom lokket 2. Ventilen er på vanlig måte forsynt med tetninger, f.eks. mellom hus og lokk, og flenser eller lignende for tilkobling til rørledninger eller andre kompo-nenter i den aktuelle installasjon. Med pilen P indikeres strømningspassasjen gjennom ventilen, idet fig. 1 viser denne 1 åpen stilling.

En bevegelig sete- eller pakningsholder 10 er anordnet for samvirke med aktive tetningsf later på kulen 3, og er aksielt bevegelig i forhold til kulen. En pakningsring 8 som ved hjelp av bolter er festet til huset 1, tjener til å holde sete- eller pakningsholderen 10 på plass. Detaljer ved denne konstruksjon vil fremgå bedre av fig. 2 og 3.

Fig. 2 viser holderen 10 alene og uten innsatte pakningselementer. Således er det bare vist et spor 11A innrettet til å oppta en hovedpakning 11, slik det fremgår av fig. 3. Radielt utvendig på hoveddelen av den sylindriske holder 10 er det tildannet et stempel med to motsatt vendende stempelflater 15A og 15B. Periferiske spor på stempelet tjener til å oppta pakningselementer. Endelig er det på fig. 2 vist et forlenget skjørt 17 som har detaljer og funksjoner som skal forklares nærmere i tilknytning til fig. 3.

På fig. 3 sees en hovedpakning 11 i tettende samvirke med en aktiv tetningsflate 3A på ventilkulen 3. Holderen 10 omfatter her således både ventilsetet og den egentlige pakning 11. En spesiell utformning av frontpartiet av pakningsholderen 10 mot kulen 3 gjør det mulig å oppnå en forbedret eller sikret tetning i ventilen, blant annet i tilfelle av skade på hovedpakningen 11, f.eks. ved brann eller annet uhell. Som det særlig fremgår av fig. 3 har dette frontparti en fremspringende kant eller egg 19 som ved normal ventilfunksjon, det vil si hvor hovedpakningen 11 besørger den nødvendige tetning, har en viss liten avstand fra den samvirkende tetningsflate 3A på kulen 3. Holderen 10 kan imidlertid ved hjelp av hydraulisk trykk mot stempelflaten 15B presses i retning mot kulen 3, slik at kanten eller eggen 19 kommer i berøring med tetningsflaten 3A og derved gir en supplerende tetningsvirkning som i en gitt situasjon full-stendig kan overta for tetningsvirkningen av hovedpakningen 11. Hovedpakningen 11 vil etter vanlig praksis være laget av et forholdsvis mykt materiale, særlig sammenlignet med mate-rialet i holderen 10 og dermed eggen 19, som normalt vil være av metall, f.eks. stål. Som det fremgår av fig. 2 og 3 for-løper kanten eller eggen 19 sirkulært omkring hele holderen 10 i prinsippet parallelt med og temmelig nær sporet for hovedpakningen 11. Ved varianter av denne konstruksjon kan forholdet mellom kanten eller eggen 19 og hovedpakningen 11 være anderledes, men det foretrekkes ifølge oppfinnelsen at disse elementer har et innbyrdes forhold tilnærmet som illus-trert på tegningen, slik at både hovedpakningen 11 og eggen 19 kan samvirke med tilnærmet samme tetningsflate 3A på kulen 3.

Holderen 10 er aksielt bevegelig slik som allerede nevnt, og er i denne hensikt anbragt i et hulrom eller kammer tildannet i selve ventilhuset 1, idet en pakningsring 8 ved hjelp av bolter 8A holder det hele på plass. For å opprett-holde nødvendig tetning er det vist en rekke ringformede pakninger, hvorav f.eks. pakningen 9 tetter mellom ringen 8 og den radielt ytre sylindriske overflate av holderen 10, mens pakningen 16A tilsvarende tetter mellom holderen 10 og det omgivende hus 1. Et antall trykkfjærer 13 anordnet i hvert sitt hulrom 14 tjener til å presse holderen 10 i retning mot kulen 3, slik at det hele tiden utøves en tetningskraft mellom hovedpakningen 11 og tetningsflaten 3A. Lignende fjærpåvirkede pakningsholdere er i og for seg tidligere kjent.

Et vesentlig trekk ved konstruksjonen består i det dobbeltvirkende stempel 15 med respektive stempelflater 15A og 15B, hvorav det siste påvirkes av et fluidumtrykk i et sylinderkammer 16 som mottar hydraulisk trykk gjennom en oljekanal 22. Ved tilstrekkelig trykk gjennom kanalen 22 vil holderen 10 presses i retning mot ventilkulen 3, det vil si i samme retning som trykkfjærene 13 virker. For å oppnå den nevnte forbedring eller sikring av tetningen ved hjelp av eggen 19, blir således trykket i kanalen 22 hevet for å bevirke en tilstrekkelig stor økning i tetningskraften til at eggen 19 kommer i tettsluttende berøring med flaten 3A.

En motsatt og kanskje meget viktigere funksjon tilveiebragt ved hjelp av det hydrauliske system, består i hevning av trykket i den hydrauliske oljekanal 21 som gir forhøyet trykk på stempelflaten 15A, med resulterende bevegelse av holderen 10 bort fra kulen 3. Dette er en høyst fordelaktig funksjon med sikte på å unngå problemer med omstilling av en større kuleventil f.eks., når denne i lengre tid har stått i en viss stilling. Ved slik bevegelse av holderen 10 vil nemlig hovedpakningen 11 og eventuelt eggen 19 bli løftet bort fra kulens tetningsflate 3A, slik at dreining av ventilkulen 3 til en annen stilling, f.eks. lukket stilling, kan innledes med et moderat eller normalt moment på stammen 5 (fig. 1). Det sier seg selv at trykket i kanalen 21 for dette formål må overstige fjærkraften av fjærene 13, eventuelt hydraulisk trykk i kammeret 16 og dessuten en eventuell trykkforskjell i hovedsystemet med tilstedeværende medium i strømningspassasjen P.

Ytterligere en kanal 30 er på fig. 3 vist ført gjennom huset 1, og denne kanal har en helt annen funksjon enn de forannevnte hydrauliske oljekanaler 21 og 22. I ventiler av den her aktuelle art, som i lengre tid vil kunne bli stående i en og samme stilling, er det ofte et problem at partikler eller substanser i det strømmende medium, f.eks. råolje, vil kunne avsette seg eller trenge inn i hulrom og kamre som forekommer i ventilkonstruksjonen. I den foran beskrevne konstruksjon vil f.eks. hulrommet 14 for ventilen 13 med passasjer og spalter særlig i tilknytning til skjørtet 17 på holderen 10, være utsatt for slike avsetninger. Et annet punkt hvor tilsvarende kan skje er i den trange spalte mellom hovedpakningen 11 og selve strømningspassasjen P. På dette siste punkt er det ved 40 vist innlagt et spesielt fyll-materiale, f.eks. et skummateriale som etter omstendighetene vil kunne presses ut i strømningspassasjen og bli ført bort av mediet i denne.

Mer avgjørende er det imidlertid å hindre problemer med inntrengning eller avsetninger i forbindelse med de bevegelige deler i området ved fjærene 13. For å eliminere dette problem er nettopp en injeksjonskanal 30 anordnet med sikte på injisering av en fyllmasse, f.eks. en spesiell oljetype eller annet flytende medium som kan fylle ut alle hulrom og kamre, særlig omkring fjærene 13, slik at de nevnte problemer med inntrengning eller avsetninger ikke oppstår.

For å kunne foreta en effektiv fylling med fyllmasse på denne måte, er det hensiktsmessig å ha i det minste ett ventilasjonshull 31 som setter hulrommet 14 og andre kamre eller lignende, i kommunikasjon med strømningspassasjen P. Forutsatt at disse hull eller åpninger 31 er forholdsvis små, vil det ikke være noe problem med lekkasjer mellom fyllmassesystemet og hovedstrømningspassasjen P.

Som det vil innsees er det ved den nevnte tilpakepres-ning av holderen 10 for å avlaste for tetningstrykket ved hovedpakningen 11, nødvendig å presse ut fyllmasse fra området bak holderen 10, idet blant annet fjærene 13 blir komprimert. Ved denne operasjon kan den eller de små åpninger 31 vise seg å være utilstrekkelige til å slippe ut fyllmasse fra dette området. Dette kan f.eks. skyldes en viss stivning av fyllmassen. For å avhjelpe dette er det derfor anordnet en rekke større hull 33, 34, 35 osv., som hvert har et sperreorgan som vist ved 33A for åpningen 33, slik at det normalt blokkeres mot fluidumforbindelse mellom strømningspassajen P og området med hulrom og kamre i tilknytning til holderen 10. Antallet og størrelsen av disse åpninger 33, 34, 35 osv. gjør det problemfritt å presse holderen 10 tilbake, idet fyllmassen vil trykke ut hvert sperreorgan 33A til selve strøm-ningspassasjen P hvor de blir ført med av oljestrømmen eller lignende. Sperreorganene 33A kan være passende dimensjonerte metallskiver som gir etter ved et forhåndsbestemt forhøyet trykk i fyllmassen slik at den ønskede fluidumkommunikasjon blir oppnådd.

I det eksempel på en anordning ifølge oppfinnelsen som er omtalt ovenfor i tilknytning til tegningene, er det beskrevet et hydraulisk system for bevegelsen av sete- eller pakningsholderen. Det er klart at en helt analog funksjon kan tilveiebringes med et pneumatisk system. Videre er det vist en hovedpakning montert i ventilhuset, det vil si på en bevegelig pakningsholder. Også på dette punkt er modifikasjon godt mulig, nemlig alternative utførelser med pakningen anbragt på ventilkulen eller ventillegemet i tilfelle av andre typer ventiler enn kuleventil. I så fall er det snakk om et samvirkende ventilsete på en seteholder som vil kunne beveges helt analogt med pakningsholderen i utførelses-eksemplet på tegningene. Situasjonen vil i en alternativ utførelse med pakningselementet på ventillegemet, være helt tilsvarende og løsningen ifølge oppfinnelsen gjør samme nytte som omtalt ovenfor.

Claims (5)

1. Anordning ved ventil, særlig stor kuleventil til bruk i olje- og gassinstallasjoner for produksjon til havs, av den art som omfatter et ventillegeme (3) med tetningsf later (3A) innrettet til å samvirke med ventilsetepartier (11), og en bevegelig sete- eller pakningsholder (10), karakterisert ved kombinasjonen av at sete-eller pakningsholderens frontparti i tilknytning til en forholdsvis myk hovedpakning (11), er utformet med en fremspringende kant eller egg (19) forløpende utenfor og langs hele konturen av hovedpakningen (11) og rettet mot ventillegemet (3), men med en viss, liten avstand fra dette under normal tetningsfunksjon bevirket av hovedpakningen (11), at den fremspringende kant eller egg (19) er innrettet til ved øket tetningskraft å komme i direkte og tettende berøring med en samvirkende flate (3A) på ventillegemet (3) for oppnåelse av en forbedret eller sikret tetning i ventilen, og at sete-eller pakningsholderen er forsynt med et dobbeltvirkende stempelorgan (15) som inngår i et hydraulisk eller pneumatisk system (21,22) innrettet til å bevege sete- eller pakningsholderen (10) i retning bort fra ventillegemet (3) for å lette omstillingen av dette ved innledning av en ventiloperasjon, henholdsvis til å presse sete- eller pakningsholderen (10) i retning mot ventillegemet (3) for å bevirke den økede tetningskraft.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor sete- eller pakningsholderen (10) hovedsakelig har form av en sylindrisk ring hvis innside utgjør et stykke av strømningspassasjen (P) gjennom ventilen, karakterisert ved at stempelorganet (15) er utformet på utsiden av den sylindriske ring og er opptatt i en ringformet hydraulisk eller pneumatisk sylinder (16) tildannet i det omgivende ventilhus (1).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at hulrom og kamre (14) innvendig i ventilhuset (1), særlig for en fjær eller fjærer (14) som inngår i konstruksjonen, er innrettet til å fylles med en flytende fyllmasse gjennom i det minste en injeksjonskanal (30).

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at de nevnte hulrom eller kamre (14) kommuniserer med en strømningspassasje (P) gjennom ventilen, ved hjelp av i det minste en forholdsvis liten åpning (31) som fortrinnsvis er innrettet til å ligge på et høyt punkt i fyllmassesystemet når ventilen er installert.

5. Anordning ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at de nevnte hulrom eller kamre (14) er innrettet til å settes i kommunikasjon med en strømningspassasje (P) gjennom ventilen, ved hjelp av et antall forholdsvis store åpninger (33,34,35) som normalt er lukket med et sperreorgan (33A) innrettet til å presses ut i strømningspassasjen (P) ved en gitt forhøyelse av trykket i fyllmassen.