NO318751B1 - Kuleventil - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en kuleventil innbefattende et ventilhus med en innløps- og en utløpsåpning samt et kuleformet indre ventillegeme som kan dreies i ventilhuset mellom en åpen og en lukket posisjon. I den åpne posisjon har ventillegemet en gjennomgående åpning som forbinder ventilhusets innløps og utløpsåpninger. I lukket posisjon sperrer ventillegemet gjennomstrømningen.

Kuleventiler av den ovenfor nevnte typen benyttes i en lang rekke applikasjoner fra alminnelige røropplegg for drikkevann til mer avanserte anlegg for olje og gass, enten på land eller på fralands installasjoner. Ventiler av denne typen benyttes til å regulere strøm av både gass og væske.

En av fordelene med ventilen er at den har enkel betjening som ofte egner seg for drift med en fjernstyrt aktuator samtidig som den tetter godt i lukket posisjon.

Et problem ved slike ventiler kan imidlertid oppstå ved høye trykk hvor tetning i lukket posisjon kan bli et problem. Særlig gjelder dette dersom det oppstår stor trykkforskjell over kulen slik at denne forskyves av trykket og derved deformerer eventuelle tetninger eller selve materialet i ventilhuset eller ventillegemet.

For å avhjelpe tetningsproblemer ved høyt trykk har det vært lansert ulike forbedringer og tilpassninger av kjente kuleventiler. Det er fra søkerens egen patentsøknad WO 91/14891 kjent å skråstille setene i ventilhuset og tetningsflatene på det kuleformede ventillegemet slik at disse enkelt skal kunne møtes og at det oppnås en kileeffekt når de skråstilte flatene møtes i den lukkede posisjonen.

Videre er det fra WO 00/50792 kjent at setet i ventilhuset og i tetningsflaten på det kuleformede ventillegemet har ulik bueform og tetter derfor med eliptisk kontakt.

Videre er det i EP 0 578 914 angitt at det innvendige setet i en innløps og utløpsåpning kan ha en indre og en ytre setering.

Det er imidlertid fremdeles problemer med tetning, f.eks ved gass med 350 bars trykk på en side av ventilen. Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe en løsning som ytterligere løser tetningsproblemer, særlig ved høyt trykk på en side av ventilen. Det er derfor en hensikt å frembringe en løsning hvor trykket bidrar til tetningen slik at høyere trykk gir bedre tetning i motsetning til tidligere hvor høyere trykk oppstrøms i fluidstrømretningen gjennom ventilen har øket mulighetene for lekkasje. I tillegg er det ønskelig å benytte kileeffekten som er nevnt i WO 91/14891 for å bidra til tetning samtidig som det er mer ønskelig å benytte trykket i det omkringliggende fluidet til å bidra til tetning enn å benytte eliptisk kontakt som i WO 00/50792.

Foreliggende oppfinnelse er således frembrakt med utgangspunkt i WO 91/14891.

Det er videre en hensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe en kuleventil som har øket sikkerhet mot lekkasje. I tidligere løsninger vil en lekkasje i tetningen på én side av ventilen føre til at ventilhuset rundt ventillegemet fylles ned trykksatt fluid og dersom en ytterligere tetning bryter sammen så er hele ventilen lekk, som eksempelvis i WO 00/50792 hvor det for tetning på hver side av ventilen er anbrakt en pakning i et spor i seteringen. For å løse dette problemet med lekkasje så er det ifølge foreliggende oppfinnelse dannet flere tetninger (2 på hver side i den foretrukne utførelsesform) som bidrar til ytterligere sikkerhet mot lekkasje.

Der er i den forbindelse frembrakt en kuleventil ifølge foreliggende oppfinnelse innbefattende et ventilhus med motstående anbrakt innløps- og utløpsåpning som hver er forsynt med et innvendig sete, hvilke seter er parallelle og er skråstilt i forhold til lengdeaksen gjennom innløps og utløpsåpningen, samt et innvendig i ventilhuset anbrakt kulelegeme som er dreibart i ventilhuset mellom en åpen og en lukket posisjon, hvilket kulelegeme har en gjennomgående åpning og to motstående, buede tetningsflater som er dannet i et område av kulelegemet slik at tetningsflatene i den lukkede posisjon er i kontakt med setet ved henholdsvis innløps og utløpsåpningen og, hvor kulelegemets gjennomgående åpningen i den åpne posisjonen står i forbindelse med ventilhusets innløps- og utløpsåpning og hvor kulelegemets tetningsflater i den lukkede posisjon sperrer ventilhusets innløps- og utløpsåpning. Kuleventilen er ifølge foreliggende oppfinnelse kjennetegnet ved at det innvendige setet i innløps og utløpsåpningen innvendig i ventilhuset består av henholdsvis en indre setering og en ytre setering, hvilken indre setering har en tettende seteflate som i kulelegemets lukkede posisjon er i tettende kontakt med kulelegemets tetningsflater og den ytre tetningsring har en leppe som på utsiden av kontaktflaten mellom den tettende seteflaten og tetningsflatene er buet eller skråstilt mot kontaktflaten mellom den tettende seteflaten og tetningsflatene og hvor leppen på den ytre seteringen har en utstrekning i ubelastet tilstand når kulelegemet er i den åpne posisjon, slik at leppen rager en utstrekning innenfor det området av ventilhuset hvor tetningsflatene befinner seg i lukket posisjon slik at kulelegemet under bevegelse fra åpen til lukket posisjon møter leppen på de ytre seteringene og bøyer denne slik at den får en forspent tilstand under kontakt med tetningsflatene. 1 ulike utførelsesformer er avstanden som leppen Tager inn i huset innenfor kulelegemets posisjon tilpasset slik at bøyningen av leppen gir et spenningsnivå i materialet i leppen som ikke gir varig deformasjon.

Innløps og utløpsåpningene er fortrinnsvis konsentrisk anbrakt langs lengdeaksen gjennom åpningene.

Den indre seteringen har en utvendig flens. Denne utvendige flensen ligger mellom og i anlegg mot den ytre seteringen og ventilhuset, og den indre seteringen holdes dermed på plass i aksiell og radiell retning.

Den indre seteringen fungerer også som et stoppeelement for ventillegemet (kulelegemet) ved sin form. Det oppnås en kilevirkning mellom kulelegemet og den indre seteringen slik at kulelegemets fremdrift mot den ytre seteringen stoppes før den ytre seteringens leppe har fått varig deformasjon.

Indre setering virker her særlig som tetning nedstrøms i ventilhuset og bruker lasten fra systemtrykket til tetning sammen med forspenningen.

Den største forskjellen fra tidligere kjente løsninger er imidlertid å finne i tetningen som skal sørge for at det ikke oppstår lekkasjer oppstrøms, dvs. på den siden av ventilhuset som vender mot trykket. Når trykkdifferansen mellom oppstrømssiden av ventilen og ventilhusets indre overstiger en bestemte grense (varierer med materialene og utformingen av ventilen) så starter ventillegemet (kulelegemet) og ventilhuset å deformere seg bort fra tetningen (setet), mot nedstrømssiden. Dette vil også påvirke den ytterste seteringen og den vil følge kulelegemet på grunn av utformingen som gir trykk innvendig i ringen over et areal som virker fra kontaktflaten mellom tetningsflaten på kulelegemet og ytterste setering og inn til pakningen som ligger bak samme setering og hindrer lekkasje til ventilhuset via baksiden av seteringen. Leppen på den ytre seteringene vil dette på grunn av sin form (buet eller skråstilt) og sin utstrekning som gir en forspenning ved stengning av ventilen til den lukkede posisjon.

Videre har hver av tetningsflatene på kulelegemet en skråstilling tilsvarende skråstillingen til setet i ventilhuset. For å oppnå dette frembringes kulelegemet i den foretrukne utførelsesform med ulik maskineringsakse for hver av de buede tetningsflatene. Maskineringsaksene er hovedsakelig perpendikulære på de parallelle planene som seteringene danner. I tillegg er maskineringsaksen for hver av sidene av kulelegemet parallelle.

Dette er foretrukket bl.a. fordi det gir den ønskede tettende geometrien i en kuleventil i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse.

En utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er videre illustrert i-de vedlagte figurer hvor : Fig. 1 viser sammenstilling av en kuleventil i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse;

fig. 2 viser sammenstilling samt detaljer ved samme kuleventil som i fig 1;

fig. 3 viser i tverrsnitt, planriss og utsnitt den indre setering i kuleventilen vist i fig 1-2, plassert i en jig (jig er et hjelpemiddel under maskinering/bearbeiding av seter i ventiler);

fig. 4 viser i tverrsnitt, planriss og utsnitt den indre setering i kuleventilen vist i fig 1-2, plassert i en jig; •

fig. 5 viser i tverrsnitt, planriss og utsnitt den indre setering i kuleventilen vist i fig 1-2;

fig. 6 viser i tverrsnitt, planriss og utsnitt den indre setering i kuleventilen vist i fig 1-2;

Figur 1 og 2 viser en sammenstilling av en kuleventil i snitt fra siden, hvilken kuleventil består av et ventilhus 1 med en utløps og en innløpsåpning 2, 3 hvor ventillegemet (kulelegemet) 4 er i den lukkede posisjon i ventilhuset 1. Ifølge oppfinnelsen er det i huset 1 anbrakt et sete bestående av en indre setering 8 og en ytre setering 9. Den indre seteringen 8 har en nedre flens 12. Den nedre utvendige flensen 12 ligger i anlegg mot den ytre seteringen 9. Den indre seteringen 8 holdes dermed på plass aksialt og radielt, ved at flensen 12 og den indre seteringen 8 presses mot ventilhuset av den ytre seteringen 9 når denne monteres til ventilhuset 1.

Kulelegemet 4 har en gjennomgående åpning 5: Videre har kulelegemet tetningsflater 6 og 7 som i luket posisjon ligger an mot setet 8, 9 på hver side av ventilhuset, dvs. mot hver av åpningene 2, 3 i huset 1. Tetningsflatene har en bueform og er dannet symmetriske om en maskineringslinje 20' og 21'. Maskineringslinjene 20'og 21' er beliggende perpendikulært på skråplanet som er dannet av hver av de skråstilte setene 8, 9.1 figurene er det angitt 5 grader avvik fra lengdeaksen gjennom kulelegemet.

Maskineringsaksen 20' er senteraksen for tetningsflaten 6 på venstre side (på motsatt side) av kulelegemet med åpningen 20 for anbringelse i et roterende maskineringsverktøy. Likeledes er maskineringsaksen 21' senterakse for tetningsflaten 7 på høyre side med åpningen 21 for anbringelse i et roterende maskineringsverktøy.

Resultatet er at kileeffekten som ønskes oppnådd av løsningen i overensstemmelse med oppfinnelsen er oppnådd.

Videre tetter den indre seteringen 8 med tetningsflaten 8' mot tetningsflatene 6 og 7 som ovenfor nevnt og som vist i figurene 1 -6.

1 tillegg er det vist den ytre setering 9 ifølge foreliggende oppfinnelse i figurene 1 - 6. Seteringen 9 har en fremad ragende leppe 9' som i utførelsesformen er vist med en bueform. Leppens utstrekning er i upåvirket tilstand (med kulelegemet i åpen posisjon) slik at leppen rager en utstrekning A inn i den delen av ventilhusets hulrom hvor kulelegemet befinner seg i lukket posisjon. Når så kulelegemet er i lukket posisjon så bøyes leppens ytterste punkt ned tilsvarende utstrekningen A og leppen forspennes i overensstemmelse med oppfinnelse. Dette bidrar i vesentlig grad til tetningen. Når så høyt trykk oppstrøms av ventilen presser fluid forbi den indre seteringen så vil dette fluidet legge seg under leppen 9' (som holder tetningen lengre p.g.a. forspenningen) og trykket vil her presse leppen mot tetningsflaten 6, 7 på kulelegemet. Trykket mot tetningsflaten vil øke med trykket.

Figurene 1 -6 viser en målsatt utførelsesform men verdiene er kun eksempler og verken absolutte verdier eller forholdet mellom ulike verdier er avgjørende for oppfinnelsen utover det som er angitt i beskrivelse og krav. Forholdet mellom akser og plan er imidlertid nærmere angitt i figurene.

Claims (4)

1. Kuleventil innbefattende et ventilhus (1) med motstående anbrakt innløps-og utløpsåpning (2,3) som hver er forsynt med et innvendig sete, hvilke seter er . parallelle og er skråstilt i forhold til lengdeaksen gjennom innløps og utløpsåpningen, samt et innvendig i ventilhuset anbrakt kulelegeme (4) som er dreibart i ventilhuset (1) mellom en åpen og en lukket posisjon, hvilket kulelegeme har en gjennomgående åpning (5) og to motstående, buede tetningsflater (6, 7) som er dannet i et område av kulelegemet slik at tetningsflatene (6, 7) i den lukkede posisjon er i kontakt med setet ved henholdsvis innløps og utløpsåpningen og, hvor kulelegemets (4) gjennomgående åpningen (5) i den åpne-posisjonen står i forbindelse med ventilhusets (1) innløps- og utløpsåpning (2, 3) og hvor kulelegemets (4) tetningsflater (6, 7) i den lukkede posisjon sperrer ventilhusets (1) innløps- og utløpsåpning (2, 3) hvor det innvendige setet i innløps og utløpsåpningen innvendig i ventilhuset består av henholdsvis en indre setering (8) og en ytre setering (9), karakterisert ved at den indre setering (8) har en tettende seteflate (8') som i kulelegemets lukkede posisjon er i tettende kontakt med kulelegemets tetningsflater (6, 7) og den ytre tetningsring (9) har en leppe (9') som på utsiden av kontaktflaten mellom den tettende seteflaten (8') og tetningsflatene (6, 7) er buet eller skråstilt mot kontaktflaten mellom den tettende seteflaten (8') og tetningsflatene (6, 7) og hvor leppen (9') på den ytre seteringen (9) har en utstrekning i ubelastet tilstand når kulelegemet er i den åpne posisjon og kulelegemet er slik formet at leppen (9') rager en utstrekning (A) innenfor det området av ventilhuset hvor tetningsflatene (6, 7) befinner seg i lukket posisjon slik at kulelegemet under bevegelse fra åpen til lukket posisjon møter leppen (9') på de ytre seteringene (9) og bøyer denne slik at den får en forspent tilstand under kontakt med tetningsflatene (6, 7).

2. Kuleventil ifølge krav 1, karakterisert ved at avstanden (A) er tilpasset slik at bøyningen av leppen (9') gir et spenningsnivå i materialet i leppen (9') som ikke gir varig deformasjon.

3. Kuleventil ifølge krav 1, karakterisert ved at innløps og utløp såpningene (2,3) er konsentrisk anbrakt langs lengdeaksen gjennom åpningene (2,3).

4. Kuleventil ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den indre seteringen (8) har en utvendig flens (12) som ved sin ene side ligger i anlegg mot den ytre seteringen (9) og sin annen side ligger i anlegg mot ventilhuset.