NO312314B1 - Kryoventil - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en kryoventil med minst én tetningselementparing, i overensstemmelse med innledningen til patentkrav 1.

En kryoventil med stenge- og regulermgsfunksjon er eksempelvis kjent fra DE-OS 2 827 527.

Ventiler for kryogene, dvs. dypkjølte medier, så som f.eks. LN2, LH2 og LHe, har generelt det problem at alle hittil benyttede sete- og støtermaterialer ved de i disse tilfeller opptredende driftstemperaturer mellom 2 K og 80 K er meget harde. Dette gjelder både for metalliske og for ikke-metalliske materialer. Den ved romstemperatur opptredende elastisitet til ikke-metalliske materialer (f.eks. Vespel) forsvinner da nesten fullstendig. Dette forhold gjør det særlig vanskelig å oppfylle strenge sikkerhetskrav, hvilket da - om overhodet - bare lykkes med store konstruktive og utviklingstekniske omkostninger. Et hovedproblem her er slitasjepartikler og andre partikler mellom tetningsflatene. Men også fremstillingsbetingede avvikelser fra den ønskede geometri kan knapt lenger utliknes ved manglende elastisitet.

Med dette problem for øyet er formålet med oppfinnelsen å tilveiebringe en kryoventil med stengefunksjon, dvs. med minst én tetningselementparing, som med vanlige konstruktive og fremstillingstekniske omkostninger utmerker seg ved en særlig høy lekkasjetetthet, også ved ekstremt lave temperaturer.

Dette formål oppnås ved hjelp av de i krav 1 angitte, karakteriserende trekk, i forbindelse med de artsdannende særtrekk som er angitt i kravets innledning.

Løsningen ifølge oppfinnelsen består i å benytte minst ett tetningselement av lineært superelastisk materiale ved hver tetningselementparing. Ved disse lineært superelastiske materialer eller LSE-materialer dreier det seg om plastisk kalddeformerte formminneligeringer som også ved meget lave temperaturer fremdeles oppviser en høy lineær elastisitet inntil over 4 %, dvs. en høy elastisk deformasjonsevne. Således er anleggslflatene (tetningsflatene) i stand til å utlikne fremstillings-, slitasje- og tilsmussingsbetingede overflateujevnheter. Ved hjelp av den forholdsvis sterke kalddeformasjon er formminneeffekten, dvs. det temperaturbetingede omslag fra martensitt til austenitt og omvendt, fjernet fra disse materialer, slik at de forholder seg som "normale", men likevel særlig elastiske metall-legeringer.

Krav 2 kjennetegner en foretrukket utførelsesform av kryoventilen ifølge krav 1.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen hvis ene figur i forenklet, ikke målestokkriktig fremstilling viser et delsnitt gjennom en kryoventil i sete- eller tetningsområdet.

Ved hjelp av kryoventilen 1 blir et dypkjølt medium, f.eks. LHe, i størst mulig grad lekkasjefritt avstengt, og ved behov frigitt, og derved blir eventuelt gjermomstrømningsmengden regulert hhv. styrt. De egentlige funksjonselementer er setet 3 som er fast integrert i huset 2, og den aksiale, dvs. her vertikale, bevegelige støter 5 som består av en kjerne 8 og en mantel 6 som er fast forbundet med kjernen. Setet 3 og støteren 5 oppviser en respektiv finbearbeidet, kjegleformet setefiate 4 og 7 som tetter på utmerket måte uten ytterligere tetningselementer eller belegg. Seteflatene kan selvsagt også være utformet på annen måte, f.eks. kuleformede, plane, knekkede, avtrappede osv., hvorved det i imidlertid alltid må være gitt en flatemessig berøring i stengesitllingen.

På figuren er bare denne stengestilling gjengitt, hvorved strømningsretningen etter frigivelse er antydet i form av stiplede piler i tilstrømningskanalen 9 og utstrømningskanalen 10.

Oppfinnelsen ligger vel og merke ikke i denne anordning som sådan, men derimot i materialvalget med hensyn til tetningselementene. Det er nemlig slik at enten setet 3 innbefattet sin setefiate 4 eller støterens 5 mantel 6 innbefattet sin sete- eller anleggsflate 7, eller også begge elementer 3 og 6, hver består av et lineært superelastisk materiale, dvs. av en kalddeformert og således strukturstabilisert forrnminnelegering. For øyeblikket er det kjent nikkel-titan- og kobber-basislegeringer med den ønskede lavtemperatur-elastisitet. Det er meget mulig at det i nær fremtid også blir funnet andre LSE-materialer.

Spesielt oppviser NiTi-basislegeringene en lineær, elastisk deformasjon opp til maksimalt 4,5 % i et temperaturområde fra ca. -150 °C til +150 °C.

Den nødvendige kalddeformasjon for de kjente LSE-materialer ligger omtrent ved 10 til 30 %, og skjer eksempelvis ved hjelp av smiing, valsing, trekking osv., idet tallverdiene angir den blivende, plastiske deformasjon. Den egentlige virkning av kalddeformasjonen består i å frembringe brister i legeringens martensittiske krystallgitter, hvilke på blivende måte hindrer et "omslag" til austenittisk gitterstruktur og letter den elastiske gitterdeformasjon.

Når begge tetningselementer består av en paring av LSE-materialer, kan det være fornuftig å pare legeringer med forskjellig basis for å forhindre "korrosj onsfenomener".

Claims (2)

1. Kryoventil med minst én tetningselementparing, fortrinnsvis en paring bestående av et sete og en støter hvis anleggsflater berører hverandre tettende i stengestilling, karakterisert ved at minst ett tetningselement (sete 3, støter 5) av paringen består av en lineært superelastisk forrnminnelegering som ved hjelp av plastisk kalddeformasjon er stabilisert i martensittisk strukturtilstand, dvs. ikke lenger oppviser noen temperaturavhengig strukturomvandling til austenitt (ingen formminneeffekt).

2. Kryoventil ifølge krav 1, karakterisert ved at det benyttes minst én lineært superelastisk forrnminnelegering på NiTi-basis eller Cu-basis med en kalddeformasjonsgrad på fra 10% til 30%.