NO315438B1 - Anordning ved konstantströmningsventil - Google Patents

Description

ANORDNING VED KONSTANTSTRØMNINGSVENTIL

Denne oppfinnelse vedrører en konstantstrømningsventil, nær-mere bestemt en konstantstrømningsventil for anvendelse ved dosering av fluider, for eksempel kjemikalier i forbindelse med petroleumsutvinning.

Konstantstrømningsventiler av den art det her er tale om må være bygget for å kunne dosere små fluidmengder med stor nøy-aktighet, selv om det forekommer betydelige trykkvariasjoner både på ventilens oppstrøms- og nedstrømsside.

US patent 4.893.649 omhandler en konstantstrømningsventil som omfatter to strømningsregulerende elementer. Det første strømningsregulerende element utgjøres av en fast dyse, en såkalt strupeventil, av den art hvor gjennomstrømningsraten er avhengig av trykkfallet over dysen. Det andre strømnings-regulerende element er en nåleventil som er innrettet til å opprettholde et konstant trykkfall over den faste dysen.

Reguleringsprinsippet fra anordningen ifølge det ovenfornevn-te US patent gjenfinnes også i andre kjente konstantstrøm-

ningsventiler.

Ifølge kjent teknikk virker væsketrykket i konstantstrøm-ningsventilens innløp på et til nåleventilens ventilnål forbundet reguleringsstempel på en slik måte at nåleventilen stenges. Fluid strømmer gjennom strupeventilen til et kammer ved reguleringsstemplets motstående side, hvor det utøver et trykk mot reguleringsstemplet. Fluidtrykket mot reguleringsstemplets kammerside sammen med kraften fra en ventilfjær, forskyver ventilnålen ut fra nåleventilens sete slik at fluid dreneres ut av kammeret. Nåleventilen kan derved igjen stenge. Ved å regulere kraften fra ventilfjæren for eksempel ved hjelp av forspenning, kan trykkfallet over strupeventilen reguleres.

Ved tilkopling av en konstantstrømningsventil til et relativt høyt fluidtrykk, vil det utøves en betydelig kraft mot stemp-lets lukkeside før en tilstrekkelig fluidmengde for å fylle og utjevne trykket strømmer gjennom strupeventilen. Nåleventilens ventilnål er således ofte utsatt for skade ved knusing siden det anvendes harde, sprøe materialer. Det er derfor vanlig at konstantstrømventiler ifølge kjent teknikk er forsynt med en fjærende innfestning av ventilnålen i reguleringsstemplet.

Reguleringsstemplets tetning mot ventilhuset gir under kon-stantstrømningsventilens regulering opphav til friksjonskref-ter som i betydelig grad kan influere på konstantstrømnings-ventilens nøyaktighet. Det har også vist seg at ventilnålens fjærende innfesting i reguleringsstemplet kan medføre unøyak-tig regulering, idet ventilnålens relative forskyvbarhet i forhold til reguleringsstemplet virker forstyrrende.

Kjente konstantstrømningsventilers ventilfjærforspennings-reguleringsanordninger kompliserer og fordyrer dessuten ven-tilene i unødig grad.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe ulempene, ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav,

Ved å forsyne en konstantstrømningsventil med en regulerbar strupeventil er det mulig å oppnå et vidt reguleringsområde uten å måtte regulere forspenningen av konstantstrømnings-ventilens nåleventilåpnende ventilfjær.

Doseringsnøyaktigheten forbedres i vesentlig grad ved at nåleventilens ventilnål forskyves av en membran. Ventilnålregu-leringen forstyrres derved ikke av tetningsforbundet friksjon. Forsøk har vist at en konstantstrømningsventil ifølge oppfinnelsen oppviser en så stor grad av repetisjonsnøyaktig-het at konstantstrømningsventilens strupeventil i en fortruk-ket utførelsesform er forsynt med en nonieskala for å under-lette innstilling av for eksempel en tidligere kalibrert gjennomstrømningsrate.

Skade på ventilnålen forhindres ved at det mellom ventilnålen og membranen er anbrakt et elastisk materiale med relativt liten byggehøyde, eksempelvis i form av en såkalt O-ring. Ventilnålens lengde er slik tilpasset at ventilnålen, når den befinner seg i sin lukkende stilling, ikke rager inntil membranen når membranen er helt forskjøvet i retning mot ventilnålen. Mellomrommet mellom ventilnålen og membranen opptas av det ovenfor nevnte elastiske materiale.

Konstantstrømningsventilens virkemåte forklares i beskrivel-sens spesielle del.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et snitt av en konstantstrømningsventil; Fig. 2 viser i større målestokk et snitt av nåleventilen i fig. 1, idet nåleventilen er i en åpen stilling; og Fig. 3 viser det samme som fig. 2, men her er nåleventilen i en lukket stilling.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en konstantstrøm-ningsventil omfattende en husoverdel 2, en husunderdel 4, en strupeventil 6 og en nåleventil 8. En membran 10 er tettende anbrakt i en utsparing 12 mellom husdelene 2 og 4, se fig. 1 og 2.

Husoverdelen 2 er forsynt med et innløp 14 for det fluid som skal strømme gjennom konstantstrømningsventilen 1, hvorfra en innløpskanal 16 forbinder innløpet 14 til strupeventilens 6 innløpskammet 18. Fra innløpskammeret 18 forløper en kanal 20 til utsparingen 12 og munner ut på membranens 10 lukketrykkside 22, se fig. 3.

En boring 24 forløper konsentrisk med strupeventilens 6 stru-penål 26 fra innløpskammeret 18 til husunderdelen 4, hvor den forløper videre gjennom husunderdelen 4 og til nåleventilen 8. En pakning 28 forhindrer lekkasje mellom husdelene 2 og 4 fra boringen 24.

Strupenålen 26 er utformet med et konisk endeparti som rager inn i boringen 24, og strupenålen 26 er innrettet til å forskyves ut og inn i boringen 24 ved hjelp av en reguleringsdel 30 av i og for seg kjent utførelse.

Membranen 10 er fast innspent mellom husoverdelen 2 og husunderdelen 4 ved hjelp av ikke viste bolter. Pakninger 32 i form av O-ringer forhindrer lekkasje mellom husdelene 2 og 4 fra utsparingen 12, se fig. 2.

En nåleventilboring 34 forløper konsentrisk med og fra utsparingen 12 og inn i husunderdelen 4 til et skulderparti 36 hvorfra en utløpskanal 38 forløper til konstantstrømnings-ventilens 1 utløp 40.

Et nåleventilsete 42 som er forsynt med en gjennomgående bor-ring 44, er anbrakt i nåleventilboringen 34 og ligger tettende, ved hjelp av en pakning 46, an mot skulderpartiet 36.

En ventilnålføring 48 er anbrakt i nåleventilboringen 34 og forbundet til husunderdelen 4 ved hjelp av en gjengeforbin-delse 50. Ventilnålføringens 48 mot husoverdelen 2 vendende endeflate 52 er i hovedsak plan med husunderdelens 4 utsparing 12. Ventilnålføringen 48 er forsynt med en gjennomgående boring 54. Boringen 54 er nærmest endeflaten 52 ytterligere utboret slik at det dannes en ansats 56 i boringen 54. En ventilnål/lukkelegeme 58 er forskyvbart anbrakt i ventilnål-føringens 48 boring 54 med tilstrekkelig klaring til at det dannes et ringrom hvorigjennom fluid kan strømme mellom ventilnålen 58 og boringen 54. Ventilnålen 58 er utvendig forsynt med en ansats 60, og med en konisk tetteflate 62 i sitt mot nåleventilsetet 42 vendende endeparti. En 0-ring 64 er anbrakt mellom ventilnålens 58 motstående endeparti 66 og membranen 10.

En skrueformet ventilfjær 68 forløper mellom ansatsen 56 i ventilføringen 48 og ventilnålens 58 ansats 60 og er innrettet til å forskyve ventilnålen 58 i retning ut fra nåleventilsetet 42.

Fluid fra boringen 24 kan strømme inn i nåleventilen 8 gjennom utsparinger 70 i nåleventilføringen 48.

Når det åpnes for at fluid under trykk kan strømme inn i konstantstrømningsventilens 1 innløp 14 og videre gjennom

innløpskanalen 16 til innløpskammeret 18, utsettes membranens 10 lukketrykkside 22 etter kort tid via kanalen 20 for fullt fluidtrykk. Ventilnålen 58 forskyves via O-ringen 64 med relativt stor kraft mot nåleventilsetet 42, se fig. 3. Imidler-tid forskyves ventilnålens 58 endeparti 66 til et nivå noe under ventilføringens 48 endeflate 52 før tetningsflaten 62 lukker mot nåleventilsetet 42. Membranen 10 er således for-hindret fra å komme til anslag mot ventilnålens 58 endeparti 66, og ventilnålens lukkekraft begrenses således til den lukkekraft som overføres via den relativt myke O-ring 64. Det er derfor ingen fare for at ventilnålen 58 kan knuses av lukke-kraften fra membranen 10.

Fluid strømmer så gjennom strupeventilen 6 og inn i en ringspalte som dannes mellom strupenålen 26 og boringen 24 og deretter videre gjennom boringen 24 og utsparingen 70 til nå-

leventilen 8.

Noe fluid strømmer forbi ventilnålen 58 og inn i utsparingen 12. Fluidtrykket mot membranens 10 to sider utjevnes, slik at den relativt svake ventilfjær 68 kan forskyve ventilnålen ut fra nåleventilsetet 42, hvorved fluid kan strømme gjennom boringen 44 og kanalen 38 til konstantstrømningsventilens 1 ut-løp 40.

Tilførselen av fluid til nåleventilen 8 er begrenset av strupeventilen 6. Når en større fluidmengde dreneres fra nåleventilen 8 enn det som tilføres gjennom strupeventilen 6, faller trykket i nåleventilen 8. Kraften fra fluidtrykkdifferansen mellom membranens 10 to sider overvinner derved kraften fra ventilfjæren 68, slik at nåleventilen 8 lukkes.

Ved at forholdet mellom membranens 10 dimensjon og ventil-fjærens 68 kraft tilpasses, er det mulig å oppnå en meget nøyaktig trykkfallsregulering idet det bare forekommer en ubetydelig friksjon mellom ventilnålføringen 48 og ventilnålen 58. Membranens 10 utslag er heller ikke påvirket av frik-sjonskrefter.

Med et konstant trykkfall over strupeventilen 6 er fluidgjen-nomstrømningen gjennom konstantstrømningsventilen 1 for et bestemt fluid ved en bestemt temperatur i hovedsak bare avhengig av strupeventilens 6 åpning. Forsøk har vist at kon-stantstrømningsventilens 1 repetisjonsnøyaktighet er meget god.

Claims (3)

1. Anordning ved konstantstrømningsventil (1) av den art hvor en andre ventil (8), for eksempel i form av en nåleventil, er innrettet til å opprettholde et konstant trykkfall over en første ventil (6), for eksempel en strupeventil, karakterisert ved at den andre ventils (8) lukkelegeme (58) er innrettet til å forskyves mot sin lukkende stilling av en fluidtrykk-påvirket membran (10) via et elastisk materiale (64).

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at lukkelegemets (58) mot. membranen (10) vendende parti (66) befinner seg på en avstand fra membranen (10) når membranen (10) har fullt utslag i retning mot lukkelegemet (58) og lukkelegemet befinner seg i sin lukkede stilling.

3. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det mellom lukkelegemet (58) og lukkelegemets (58) føring (48) er et ringrom av tilstrekkelig åpning til at fluid kan strømme gjennom ringrommet.