NO316238B1 - Volumströmventil med plugghindrende flertrinns ventilinnretning - Google Patents

Abstract

En fluidreguleringsventil (40) er egnet for trykkreduksjonstj eneste. En ven- tilinnretning er utstyrt med et fast kurvelement (76, 78, 80) som inneholder en indre passasje (28) i kommunikasjon med et kurvinnløp og et kurvutløp. En bevegelig ventilplugg (60, 62, 64, 66) er glidbart montert inne i kurvelementet (76, 78, 80) og inneholder en indre pluggpassasje (32). En fluidstrømningsbane (20) er opprettet gjennom pluggsammenstillingen (60, 62, 64,. 66) samt gjennom kurvelementets indre passasje (28), slik at det oppnås flertrinns trykkreduksjon. Den opprettede fluidstrømning (20) omfatter en kombinasjon av aksiale, radialt utoverrettede og radialt innoverrettede strømninger samt en strømning gjennom den indre passasje (32) i pluggsammenstillingen, med det formål å oppnå de påkrevede flere trykkfall. De innsnevrede strømningspassasjer (26, 30, 34) i hvert trinn er store nok i størrelse til al ethvert partikkelmateriale i fluidet vil passere ut uten å plugge passasjene i ventilinnretningen.

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt fluidstrømmngsventiler som er kontinuerlig regulerbare fra lukket til åpen stilling for å frembringe en fluidstrøms-mengde som er en funksjon av ventilinnstillingen Nærmere bestemt gjelder denne oppfinnelse en strømningsregulenngs-ventilinnretning for bruk i et fluidsystem hvor høye trykkfall må opprettes over en ventil uten ledsagende kavitasjon, støygenere-nng og fysisk skade på noen ventildel, samt slik pålitelig trykkreduserende, strøm-ningsregulenngsventil (i faget også kalt volumstørmventil) hvor prosessfluidene kan inneholde partikler av stort omfang

Oppfinnelsens bakgrunn

I fluidstrømnings-regulenngssystemer er det ofte påkrevd å redusere fluid-trykk med flere hundre kPa med det formål å opprettholde strømningsstynng Trykkfall av denne størrelse er vanligvis ledsaget av kavitasjon og generering av hørbar støy Vanligvis vil kavitasjon opptre i et væskesystem når trykket reduseres til under væskens damptrykk, og ved dette tidspunkt vil det dannes bobler i væsken Når det gjelder en regulenngsventil, hvor strupning er etterfulgt av trykkgjen-vinnmg, vil disse bobler bryte sammen eller implodere, og frembringer derved sjokkbølger i væsken Disse sjokkbølger resulterer vanligvis i kraftig erosjon eller «kavitasjonsskade» på ventildeler når vanlige ventiler med ventilplugg og utløps-åpning anvendes Slik skade vil naturligvis føre til for tidlig ventilsvikt og har alvor-lige økonomiske konsekvenser

Hittil har det vært vanlig å behandle problemene ved kavitasjon, støyska-ping og metallerosjon i flurdstrømning-regulenngsventiler på forskjellige måter

Det kan f eks henvises til følgende US-patenter av interesse 3 637 188, 3 715 098, 3 485 474, 3 776 278, 3 880 399, 3 634 095, 2 832 371, 3 482 604,

5 018 703, 5 113 908 og 5 415 202

Stort sett viser disse referanser at bruk av flertrinns ventihnnretninger er vanlig praksis i situasjoner hvor det anvendes trykkreduserende ventiler med høyt trykkfall og hvor det er mulighet for kavitasjon Mange av disse referanser angir en flertrinns ventihnnretning med en lang fluidstrømningsbane med slyngende eller

labynntlik konfigurasjon inne i de indre elementer av en ventil og hvor størstedelen av innretningene ifølge referansene anvender strømningspassasjer av lite omfang

og med små klaringer mellom de deler som strømningen må passere gjennom I situasjoner hvor prosessfluidet er rent, vil slike små passasjer fungere godt og gi den ønskete trykkreduksjon samtidig som risikoen reduseres for at noen som helst kavitasjon skal opptre

I visse situasjoner er det imidlertid påkrevd å anvende en trykkreduserende, fluidregulenngsventil i det tilfelle prosessfluidet ikke er rent og ellers kan inneholde partikler av relativt stort omfang i fluidstrømmen, og disse partikler kan til tider ha større størrelse enn de små strømningspassasjer i trykkredusenngsventilen Bruk av løpende tilgjengelige trykkredusenngsventiler under slike vanskelige forhold kan føre til at de smale strømningspassasjer blir plugget av partikkelmaterialet i strømningen Slike pluggete passasjer reduserer ventilens strømmngskapasitet og fører til skade på ventihnnretningen fra de partikler med stort omfang som følger med fluidstrømmen Hvis videre ventihnnretningen med strømningspassasjer med lite omfang erstattes av et ventiltrinn med strømningspassasjer med større omfang på grunn av pluggingsforholdene, vil dette redusere størrelsen av det trykkfall som kan opprettes av ventilen og kan også føre til kavttasjonsproblemer

Det er derfor ønskelig å frembnnge en fluidregulenngsventil med flere trinn trykkreduksjon og som kan arbeide pålitelig under vanskelige strømningsforhold hvor fluidet kan inneholde medtrukne partikler av stor størrelse

EP-A 139 399 angår en trykkreduksjonsventil som omfatter et ventilhus med et innløp og et utløp og en trykkreduksjonsenhet som danner forbindelse mellom disse

EP-A 53 290 omhandler en ventil med flere trykkreduksjonstrinn der fluidet strømmer gjennom et antall atskilte sett av lavtrykk-reduksjonsdyser

US-A 5 133 383 angår en tretrinns strupeinnretning der fluid strømmer gjennom et antall trange porter

Sammenfatning av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse er angitt i krav 1 og angår en høytrykks strømmngsregulenngsventil omfattende et ventilhus med et innløp, et utløp og en sentral passasje som danner forbindelse mellom disse, en husdel som er opptatt i og samvirker med passasjen for å danne en sentral bonng, idet et husdel-innløp kommuniserer med ventilhusmnløpet, et husdel-utløp kommuniserer med ventil-husutløpet, og en indre passasje i husdelen setter husdel-innløpet i forbindelse med husdel-utløpet, en ventilplugg som resiproserende er anbrakt inne i og befinner seg bevegelig i inngrep med den sentrale boring i husdelen samt har flere pluggavtetnmgsflater og mellomliggende atskilte, innsnevrete ventilplugg-strømmngsåpninger som fører til indre pluggpassasjer, idet ventilpluggen etter valg kan beveges til å bringe pluggtetmngsflatene ut av inngrep med husdelens innløp og utløp, samt for å bringe pluggåpningene i kommunikasjon med husdelens innløp og utløp for derved å tillate fluidstrømning gjennom ventilhusets sentrale passasje, og husdelens innløp og utløp kommuniserer med de innsnevrete ventilpluggåpninger for å gjøre det mulig for fluidstrømningen å danne en kombinasjon av strømningsbaner gjennom husdelens innløp og utløp samt den indre pluggpassasje, og som utgjør en kombinasjon av hovedsakelig rettvinklete rever-serende strømningsbaner, innbefattet aksialbaner langs den indre pluggpassasje og husdelens indre passasje, radialt utoverrettet bane mellom de innsnevrete ventilplugg-strømingsåpnmger og husdelen, samt radialt innoverrettet bane mellom husdelen og de innsnevrete ventilpiugg-strømningsåpninger for å opprette en rekke strupetnnn for fluidstrømningen, idet hvert strupetnnn tilsvarer de radialt utoverrettete og radialt innoverrettete strømningsbaner For å håndtere enhver partikkelstørrelse slik at alle partikler som medbringes i fluidet kan passere, er husdelens innløp og utløp av den samme størrelse som ventilpluggåpningene og følgelig fullstendig i flukt med ventilpluggåpningene i ventilens åpne stilling

Kort besknvelse av tegningen

Oppfinnelsen vil best kunne forstås under henvisning til den følgende besknvelse sett i sammenheng med den vedføyde tegning, hvor

Fig 1 er et skjematisk riss av en ventihnnretning i samsvar med foreliggende oppfinnelse

Detaliert beskrivelse

Det skal nå henvises til fig 1, hvor det er vist en flertrinns ventilinnretmng (amerikansk-engelsk «valve trim») 10 med en ventilpluggsammenstilling 12 montert for resiproserende bevegelse inne i en omgivende husdel 14 Husdelen 14 omfatter et sete 16 for inngrep med en tetningsflate 18 på ventilpluggen For å lette besknvelsen vises her den særegne strømning gjennom ventilen for å opprette trykkreduksjonstnnnene, idet venstre side av den viste ventilinnretmng 10 i fig 1 er angitt i lukket stilling, mens den del av ventilinnretnmgen som befinner seg på høyre side av midtlinjen er vist i fullt åpen stilling Det bør forstås at denne opp-tegningen bare er gjort for å lette forklaringen, og at ventilpluggsammenstillingen 12 enten befinner seg i åpen stilling på begge sider av senterlinjen eller også i lukket stilling på begge sider av midtlinjen

Fluidstrømningen gjennom ventilen er vist ved henvismngslinjen 20 Den flertrinns ventilinnretmng 10 giren særegen kombinasjon av aksial, utoverrettet radial og innoverrettet radial strømning samt strømning gjennom midten av ventilpluggsammenstillingen 12 for å oppnå de tilsiktete flere trykkfall

Som anskueliggjort i fig 1, trenger den fluidstrømning som er angitt ved henvisningstallet 20 inn i midten av ventilpluggsammenstillingen ved en innoverrettet radial strømningsbane Fluidet skifter så retning og drives til å strømme gjennom midtområdet av ventilpluggen 12 langs en aksial strømningsbane inne i et ringformet kammer 22 opprettet inne i ventilpluggen Midtområdet av ventilpluggen er avsperret av veggen 24 slik at fluidet nå tvinges til å skifte retning og strømme radialt utover gjennom et sett strømningspassasjer 26 som er dimensjonert for innsnevring av strømningen Strømningen tillater så å trenge inn i husdelen 14 og ekspandere i et ringformet kammer 28 som er opprettet inne i husdelen 14 og om-kring utsiden av ventilpluggen 12 Etter å ha passert mn i det nngformete kammer 28, vil fluidet skifte retning og strømme langs en aksial strømningsbane inne i kammeret 28 inntil det tvinges til atter å vende og passere gjennom et annet sett innsnevrete strømningspassasjer 30 i en innoverrettet radial strømningsbane tilbake til midtområdet av ventilpluggen 12 Fluidet kan nå atter ekspandere, vende strømningsretmng og strømme langs en aksial strømningsbane gjennom midten av ventilpluggen og inn i et ringformet indre kammer 32 som er dannet inne i plug-gen Fluidet 20 vil nå vende på nytt og strømme radialt utover gjennom et annet sett av innsnevrete strømningspassasjer, henholdsvis 34 og 36, samt strømme ut av ventilanordningen og frem til ventilhusets utløp

Det vil naturligvis forstås at den innoverrettete radiale, aksiale og den utoverrettete radiale strømningsbane kan gjentas så mange ganger som det er behov for med det formål å opprette det påkrevde trykkfall Hver og en av disse innoverrettete og utoverrettete radiale innsnevnnger og utvidelser utgjør et trykkreduksjonstrinn Disse tnnn kan dimensjoneres til å opprette forskjellige prosent-andeler av det totale trykkfall over ventilen for hvert trinn Den andel av trykkfallet som skal opptas i hvert trinn kan det være behov for å forandre ved forskjellige fluider og forskjellige totale trykkfall I samsvar med standard praksis kan dette lett utføres ved å forandre strømningstverrsnittet i hvert trinn og ved å tilpasse det totale antall trinn som anvendes Den strømningspassasje hvor fluidet først løper inn i midten av ventilpluggen 12 kan være dimensjonert til å oppta en del av det totale trykkfall eller den kan være utført for å oppta et meget lite trykktap for å beskytte ventilseteflatene Omfattende strømningsregulenng kan oppnås ved å forskyve ventilpluggen 12 opp eller ned inne i husdelen 14 Dette vil regulere omfanget av tilgjengelig strømningstverrsnrtt

Oppfinnelsens grunnprinsipper kan, slik de er anskueliggjort i fig 1, utnyttes for enhver væskestrømning og vil være mest nyttig i sammenheng med fluider som trekker med seg partikler av stor størrelse De innsnevrete strømningspassa-sjer i hvert trinn kan gjøres tilstrekkelig store i omfang til at alt partikkelmatenale som befinner seg i fluidet vil passere gjennom uten plugg ing av passasjene, slik at ventilinnretningen 10 blir selvspylende Ventilinnretntngen 10 i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også anvendes sammen med en balansert eller ubalansert ventilplugg og er til tilstrekkelig kompakt til at det i mange tilfeller vil være mulig å installere ventilinnretningen 101 eksisterende standard kuleventillegemer så vel som i vinkelventillegemer En konstruert ventilinnretmng i samsvar med foreliggende oppfinnelse kan fremstilles ut i fra en kombinasjon av enkle former og ut-forminger slik som stangmatenale, rør, plate og rørledning

Claims (1)

1. Høytrykksstrømningsregulenngsventil (40), omfattende et ventilhus (42) med et innløp (46), et utløp (48) og en sentral passasje (44) som danner forbindelse mellom disse, en husdel (14) som er opptatt i og samvirker med passasjen (44) for å danne en sentral boring (86), idet et husdel-innløp kommuniserer med ventilhusmnlø-pet (46), et husdel-utløp (30, 36) kommuniserer med ventilhusutløpet (48), og en indre passasje (28) i husdelen setter husdel-innløpet i forbindelse med husdel-utløpet, en ventilplugg (12) som er frem- og tilbake-bevegelig anordnet inne i og befinner seg i inngrep med den sentrale boring (86) i husdelen samt har flere pluggavtetningsflater (18) og mellomliggende atskilte, innsnevrete ventilplugg-strømmngsåpninger (26, 34) som fører til indre pluggpassasjer (32), idet ventilpluggen (12) etter valg kan beveges til å bringe pluggtetnings-flatene (18) ut av inngrep med husdelens innløp og utløp, samt for å bringe pluggåpningene i kommunikasjon med husdelens innløp og utløp for derved å tillate fluidstrømmng (20) gjennom ventilhusets sentrale passasje (44), og husdelens innløp og utløp kommuniserer med de innsnevrete ventilpluggåpninger for å gjøre det mulig for fluidstrømningen (20) å danne en kombinasjon av strømningsbaner gjennom husdelens innløp og utløp samt den indre pluggpassasje (32), og som utgjør en kombinasjon av hovedsakelig rettvinklete reverseren-de strømningsbaner, innbefattet aksialbaner langs den indre pluggpassasje (32) og husdelens indre passasje, radialt utoverrettet bane mellom de innsnevrete ventilplugg-strømingsåpninger og husdelen, samt radialt innoverrettet bane mellom husdelen og de innsnevrete ventilplugg-strømningsåpninger for å opprette en rekke strupetnnn for fluidstrømningen, idet hvert strupetnnn tilsvarer de radialt utoverrettete og radialt innoverrettete strømningsbaner,

   karakterisert ved at for å håndtere enhver partikkelstørrelse slik at alle partikler som medbringes i fluidet kan passere, er husdelens innløp og utløp (30, 36) av den samme størrelse som ventilpluggåpningene (26, 34) og følgelig fullstendig i flukt med ventilpluggåpningene i ventilens åpne stilling