NO320097B1 - Dobbel stengeventil med rektangulaere stromningspassasjer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt ventiler og mer spesielt doble stengningsventiler.

Oppfinnelsens bakgrunn

Ventiler er vanlige bestanddeler i nesten ethvert rør-system. Selv om de kan være laget i mange forskjellige ut-forminger og størrelser, vil en typisk ventil innbefatte noen få basiselementer. Disse inkluderer et ventilhus som inneholder indre bestanddeler i et indre hulrom, innløps-og

utløpsporter som fører til og fra ventilhuset, et eller flere ventilelementer som er anbragt i ventilhusets hulrom og som har passasjer for fluidstrømning, innløps- og ut-løpsseter som tetter kontaktpunktene mellom innløps- og ut-løpsportene og ventilelementet eller -elementene, og en ventilspindel eller annen konstruksjon eller mekanisme som strekker seg til utsiden av hulrommet for dreining av ventilelementet eller -elementene inne i ventilhusets hulrom.

Disse bestanddeler er slik festet at fluid som strømmer inn i ventilen gjennom innløpsrøret enten tillates å strømme gjennom ventilelementet til utløpsrøret, eller forhindres i slik strømning, avhengig av ventilelementpassasjens orientering i forhold til ventilhuset.

En spesialisert ventilutforming er den "doble stengeventi-len" {noen ganger også betegnet som en " dobbel stenge- og avlastningsventil"), som innbefatter et par ventilelementer som er anbragt i serie i ventilhulrommet. Doble stengeventiler blir typisk benyttet i rørsystemer hvor enhver lekkasje gjennom ventilen i lukket stilling ville være ekstremt uheldig, om ikke katastrofalt. Eksempler på slik bruk inkluderer situasjoner hvor (a) to meget flyktige materialer er adskilt ved hjelp av ventilen,(b) en nedstrøms operatør er beskyttet av ventilen, (c) kryssforurensning av to mate rialer forhindres av ventilen, og (d) drikkevann og ikke-drikkbart vann adskilles av ventilen.

Et eksempel på en dobbel stengeventil her illustrert i US patentnummer 5669415 til Trunk {Trunk ventilen). Trunk ventilen har to stumpkoniske plugger som begge er invertert (d.v.s. at den smale enden av pluggen strekker seg oppad). Volumstrømningen gjennom ventilen er naturligvis avhengig av størrelsen og formen på passasjene i pluggene. Imidlertid er størrelsen på passasjene begrenset av størrelsen av selve pluggen fordi tilstrekkelig materiale må omgi passasjen for å forhindre at pluggen går i stykker eller bryter sammen i bruk. Som også illustrert i Trunk, innbefatter ty-piske ventiler som har stumpkoniske plugger, trapesformede strømningspassasjer i pluggene er tilpasset det trapesformede tverrsnittet av pluggen for å maksimere tverrsnittsarealet av passasjen.

Noen doble stengeventiler har to stumpkoniske plugger som er utformet slik at den ene plugg er invertert som beskrevet ovenfor mens den andre ikke er det ( d.v.s at den smalere ende av pluggen strekker seg nedad). Denne utforming (eksemplifisert i britisk patent nr. GB 2 305 713 B) brukes i et forsøk på å redusere hulromsvolurnet og ventilens tota-le lengde. Da pluggene er orientert i 180° i forhold til hverandre om strømningsaksen, kan de plasseres nærmere hverandre uten å komme i veien for hverandre enn det som er tilfellet for identisk orienterte plugger.

Uheldigvis kan den omvendte orientering av en plugg i en dobbel stengeventil skape reduksjon i volumstrømmen når strømningspassasjer med trapesformet tverrsnitt benyttes. Da omkretsene av strømningspassasjene ikke er innrettet med hverandre (slik tilfellet kan være for doble stengeventiler som Trunkventilen), blir et fluid som strømmer gjennom ventilen avbøyet noe fra sin strømningsbane, slik at turbulen-sen i strømningen øker og strømningseffektiviteten minsker. Denne ulempe har ført til at noen ventiler har innbyrdes innrettede, sirkulære strømningspassasjer. Imidlertid gir slike passasjer mindre tverrsnittsareal for strømning og lider derfor også av redusert volumstrøm.

Sammenfatning av oppfinnelsen

I lys av det foregående er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en dobbel stengeventil med plugger som er orientert 180° i forhold til hverandre om strømningsaksen, men som ikke lider av betydelig redusert volumstrøm.

Det er også et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en slik ventil med høy strømningseffektivitet.

Disse og andre formål tilfredsstilles av foreliggende oppfinnelse, som er rettet mot en dobbel stengeventil med for-bedrede strømningsegenskaper. Den doble stengeventil omfatter et ventilhus med motstående innløps- og utløpsporter som begrenser et indre hulrom, et første ventilelement og et andre ventilelement. Det første ventilelement, som fortrinnsvis er en stumpkonisk plugg, har en smalere første ende og en bredere andre ende og er roterbart montert i ventilhusets hulrom for rotasjon om en første rotasjonsakse som er hovedsakelig perpendikulær på strømningsaksen som dannes av innløps- og utløpsportene. Det første ventilelementet innbefatter en hovedsakelig rektangulær strømnings-passasje. Den første ende av det første ventilelementet strekker seg bort fra den andre ende langs den første rotasjonsakse i en første retning, og det første ventilelementet er roterbart mellom en åpen stilling hvor strømnings-passasjen er orientert slik at den er stort sett innrettet med og plassert på strømningsaksen for at fluid som strøm-mer inn gjennom utløpsporten kan passere gjennom strøm-ningspassasjen, og en lukket stilling hvor strømningspassa-sjen er orientert slik at den er hovedsakelig perpendikulær på strømningsaksen for å forhindre fluid som kommer inn

gjennom innløpspassasjen i å passere gjennom strømningspas-sasjen. Det andre ventilelementet har også en smalere førs-

te ende og en bredere andre ende og er roterbart montert i ventilhusets hulrom for rotasjon om en andre rotasjonsakse som er hovedsakelig perpendikulær på strømningsaksen. Den første ende av det andre ventilelementet strekker seg bort fra den andre ende langs den andre rotasjonsakse i en andre retning motsatt den første retning (slik at det første og det andre ventilelement er orientert i motsatte retninger). Det andre ventilelement, som også hovedsakelig har en rektangulær strømningspassasje, er roterbart mellom en åpen stilling hvor strømningspassasjene er orientert slik at de hovedsakelig er innrettet med og plassert på strømnings-aksen for å la fluid som strømmer ut av det første ventilelementet passere gjennom strømningspassasjene til utløps-porten, og en lukket stilling hvor strømningspassasjene er orientert slik at de hovedsakelig er perpendikulære på strømningsaksen for å forhindre fluid som strømmer ut av det første ventilelementet i å passere gjennom strømnings-passasjen til utløpsporten. I denne utforming kan fluid-strømmen gjennom ventilen forstyrres mindre enn i tidligere kjente doble stengeventiler, samtidig med at betydelig strømning tillates gjennom ventilen.

I en foretrukket utførelse er strømningspassasjene konstru-ert slik at deres omkrets hovedsakelig er innrettet med hverandre langs strømningsaksen. I denne utforming blir fluidstrømmen stort sett ikke mer forstyrret enn i tidligere kjente ventiler som har sirkulære passasjer. Imidlertid kan volumstrømmen være større enn i ventiler med sirkulære passasjer fordi den rektangulære form av passasjene tilla-ter større strømningsvolum.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er et perspektivisk bilde av en dobbel stengeventil ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et perspektivisk, delvis bortskåret bilde av den doble stengeventil på figur 1. Figur 3 er et snitt gjennom den omvendte ventilseksjonen av den doble stengeventil på figur 1. Figur 4 er et snitt gjennom både den opprettstående og den inverterte ventilseksjonen av den doble stengeventil på figur l.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser

Foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives mer fullstendig i det følgende under henvisning til de medfølgende tegning-er, hvor foretrukne utførelser av oppfinnelsen er vist. Denne oppfinnelse kan imidlertid anta mange forskjellige former og skal ikke oppfattes som begrenset til de utførel-ser som her er vist. Disse utførelser er istedenfor til-vei ebr agt for at denne omtale skal være grundig og fullstendig, samt gjøre det klart for fagmannen hva oppfinnelsen ligger i.

Under henvisning til tegningene er det på figur 1 illustrert en dobbel stengeventil generelt betegnet med 10. Men ventilen 10 innbefatter et hus 12 som har en innløpsport 14 ved den ene ende og en utløpsport 40 ved den motsatte ende. En innløpsflens 16 er festet til den frie ende av innløp-sport 14 for å lette befestigelse av ventilen 10 i et rør-system. På samme måte er en utløpsflens 42 festet til den frie ende av utløpsporten 40.

Under henvisning til figurene 2 til 4, innbefatter huset 12 (vist i tverrsnitt) en invertert ventilseksjon 18 og en opprettstående ventilseksjon 30, som inneholder henholdsvis en invertert plugg 22 og en opprettstående plugg 34. Den inverterte ventilseksjon 18 innbefatter en innvendig flate 18a som har en åpen øvre ende. En dekselinnretning 19 dek-ker den inverterte ventilseksjon 18 og avgrenser sammen med den innvendige flate 18a et hulrom 20.

Pluggen 22 (typisk utformet av støpejern, stål, keramisk materiale, plast eller et komposittmaterial) har en kjegle stumpform og er plassert i hulrommet 20 slik at dens smalere ende 22a strekker seg nedad og dens bredere ende 22b strekker seg oppad. Pluggen 22 har typisk et forhold mellom lengde og diameter på ca 1,0 til 5,0, og en avsmaling på mellom 1 og 7 grader, hvor omtrent 4 til 5 grader er foretrukket. Den ytre flate 23 av pluggen 22 er i kontakt med, passer tett i og danner en tetning med den innvendige flate 18a av den inverterte ventilseksjon 18. Tetningen mellom pluggen 22 og den innvendige flate 18 økes fortrinnsvis ved hjelp av et tetningsmiddel, så som et fluid av "Bingham-typen", hvis sammensetningen er skreddersydd for å øke tet-ningsevnen til ventilen, samtidig med at det sikrer kompa-tibiliteten med det transporterte medium.

Pluggen 22 innbefatter en hovedsakelig rektangulær passasje 24, som lar fluid passere fra innløpsporten 14 til den opp-rett stående ventilseksjonen 30 langs en strømningsakse F. Passasjen 24 har fortrinnsvis et forhold mellom lengde (d.v.s. den lange aksen) og bredde (d.v.s. den korte aksen) på mellom omtrent 1,0 og 5,0.

En spindel 26 er festet til den smale ende av pluggen 22 og strekker seg gjennom en åpning i den inverterte ventilseksjon 18 for å gi adgang for en operatør til å rotere pluggen 22. For illustrasjonsformål er spindelen 26 vist med firkantet tverrsnitt for å passe sammen med en tilsvarende utformet skrunøkkel. Imidlertid kan det benyttes andre ut-forminger for spindelen 26 (så som sekskantet), og det samme gjelder mer komplekse rotasjonsmekanismer for ventilelementer, så som beskrevet i Britisk Patent GB2305713B. Ved sin bredere ende innbefatter pluggen 22 en justeringsskrue 28 som strekker seg inn i og samvirker med en rund utsparing 19a i dekselet 19.

Det skal igjen vises til figurene 2 til 4, som viser at den innvendige flate 30a av den opprettstående ventilseksjon 30, sammen med en dekselinnretning 31 festet til dens nedre parti, danner et hulrom 32. I hulrommet 32 er en stumpko nisk plugg 34 roterbart montert og opptatt på lignende måte som pluggen 22, idet ytterflaten 35 av pluggen 34 er i kontakt med den indre flate 30a. Pluggen 34 er orientert 180 grader om strømningsaksen F i forhold til pluggen 22. Dette betyr at dens smalere ende 34a strekker seg oppad og dens nedre ende 34b strekker seg nedad. De foretrukne dimensjo-ner angitt ovenfor for pluggen 22 gjelder på samme måte for pluggen 34.

Pluggen 34 innbefatter en rektangulær passasje 36. Illust-rativt og fortrinnsvis bør passasjen 36 være dimensjonert slik at den hovedsakelig har samme tverrsnitt som passasjen 24, og dens omkrets bør være hovedsakelig innrettet med om-kretsen av passasjen 24 i forhold til strømningsaksen F. I likhet med pluggen 22 innbefatter også pluggen 34 en spindel 38, som strekker seg gjennom en åpning i den opprettstående ventilseksjonen 30 for at en operatør skal kunne få adgang til å rotere pluggen 34, og innbefatter videre en justeringsskrue 39 ved sin bredere ende 34a som strekker seg inn i og samvirker med en utsparing 31a i dekselet 31.

I bruk bringes ventilen 10 til lukket stilling (d.v.s. en stilling hvor fluid forhindres fra å strømme fra innløp-sporten 14 til utløpsporten 40) ved å rotere pluggene 22, 34 til deres lukkede stilling. Dette utføres ved å benytte en skrunøkkel eller et annet verktøy for å rotere spindlene 26, 38 med urviserne. Slik rotasjon bevirker at hver plugg blir orientert om sin rotasjonsakse slik at dens respektive passasje 24,36 hovedsakelig er perpendikulær på strømnings-aksen F. I denne stilling er de ytre flatene 23, 35 av pluggene 22, 34 i kontakt med de indre flater 18a, 30a, for derved å tette mellom innløps- og utløpsportene 14, 40.

I den lukkede stilling har ventilen 10 to plugger som er posisjonert for å forhindre fluid strømning fra innløpspor-ten 14 til utløpsporten 40. Dersom litt lekkasje skjer gjennom tetningen mellom pluggen 22 og den innvendige flate 18a (så som ved erosjon eller feilinnretning av pluggen 22, eller utilsiktet åpning av pluggen 22}, vil samvirkningen mellom pluggen 34 og den innvendige flate 30a tilveiebringe en reservetetning som kan forhindre fluidstrømning til ut-løpsporten 40.

Ventilen 10 kan åpnes ved å rotere hver ventilspindel 26,38 med urviseren en kvart omdreining (90°) om sin rotasjonsakse. Slik rotasjon bringer hver plugg 22, 34 til en stilling hvor dens respektive passasje 24, 36 er orientert slik at den hovedsakelig er parallell med strømningsaksen F. Derved kan fluid fritt strømme fra innløpsporten 14 gjennom passasjene 24, 36 og inn i utløpsporten 40.

Som vist på fig. 3 og 4, bevirker rotasjon av pluggene 22, 34 til deres åpne stilling at passasjene 24, 36 plasseres slik at deres omkrets er hovedsakelig innrettet langs strømningsaksen F. Resultatet av dette er at fluid som strømmer gjennom passasjene 24, 36 ikke avbøyes nevneverdig fra sin strømningsbane for å kunne passere derigjennom. Så-ledes blir ventilens 10 volumstrømningsmengde ikke redusert på grunn av dannelse av turbulens forårsaket av manglende innretning mellom pluggenes passasjer slik det skjer i andre "omvendt orienterte" doble stengepluggventiler.

Dertil øker den rektangulære form på passasjen 24, 36 tverrsnittsarealet som er tilgjengelig for strømning. Der-med blir ventilens 10 volumstrømningsmengde større enn i tilfelle av en sirkulær passasje som har en diameter lik bredden eller lengden av en slik rektangulær passasje som her illustrert og beskrevet. Naturligvis kan pluggene 22, 34 betjenes uavhengig av hverandre, slik at ventilen 10 kan benyttes som en enkeltpluggventil med én plugg i reserve.

Claims (10)

1. Dobbel stengeventil (10), omfattende: - et ventilhus (12) med motstående innløps- og utløpsporter (14, 40), hvilket ventilhus (12) avgrenser et indre hulrom (20), og hvilket innløps- og utløpsporter (14, 40) definerer en strømningsakse (F) som strekker seg mellom disse, - et første ventilelement (22) som har en smalere første ende (22a) og en bredere andre ende (22b) og som er roterbart montert i nevnte hulrom (20) for rotasjon om en første rotasjonsakse som er hovedsakelig perpendikulær på nevnte strømningsakse (F), idet nevnte første ende (22a) strekker seg bort fra nevnte andre ende (22b) langs nevnte første rotasjonsakse i en første retning, hvilket første ventilelement (22) har en hovedsakelig rektangulær strømningspas-sasje (24) , hvilket første ventilelement (22) er roterbar mellom en åpen stilling hvor nevnte strømningspassasje er orientert til å være hovedsakelig på linje med og plassert på nevnte strømningsakse (F) for å la fluid som strømmer inn gjennom innløpsporten (14) passere gjennom nevnte strømningspassasje (24), og en lukket stilling hvor nevnte strømningspassasje (24) er orientert til å være hovedsakelig perpendikulær på nevnte strømningsakse (F) for å hindre fluid som strømmer inn gjennom innløpsporten (14) i å passere gjennom nevnte strømningspassasje (24), - et andre ventil element (34) som har en smalere første ende (34a) og en bredere andre ende (34b) og som er roterbart montert i nevnte hulrom (32) for rotasjon om en første rotasjonsakse som er hovedsakelig perpendikulær på nevnte strømningsakse (F), idet nevnte første ende (34a) strekker seg bort fra nevnte andre ende (34b) langs nevnte andre rotasjonsakse i en andre retning, motsatt nevnte første retning, hvilket andre ventilelement (34) har en hovedsakelig rektangulær strømningspassasje (36), hvilket andre ventilelement (34) er roterbar mellom en åpen stilling hvor nevnte strømningspassasje (36) er orientert til å være hovedsakelig på linje med og plassert på nevnte kelig på linje med og plassert på nevnte strømningsakse (F) for å gjøre det mulig for fluid som strømmer ut av nevnte første ventilelement (22) å passere gjennom nevnte strøm-ningspassasje (36) til nevnte utløpsport (40), og en lukket stilling hvor nevnte strømningspassasje (36) er orientert til å være hovedsakelig perpendikulær på nevnte strømnings-akse (F) for å hindre fluid som strømmer ut fra nevnte første ventilelement (22) i å passere gjennom nevnte strøm-ningspassasje (36) til nevnte utløpsport (40).

2. Ventil ifølge krav 1, hvor nevnte rektangulære strøm-ningspassasje (24) av det første ventilelement (22) er orientert slik at den lange akse av rektangelet som avgrenses av nevnte strømningspassasje (24) er hovedsakelig parallell med den første rotasjonsakse, og hvor nevnte rektangulære strømningspassasje (36) av det andre ventilelementet (34) er orientert slik at den lange akse av rektangelet som avgrenses av nevnte strømningspassasje (36) er hovedsakelig parallell med den andre rotasjonsakse.

3. Ventil ifølge krav l, hvor hver av de nevnte rektangulære passasjer (24, 36) har en lengde og en bredde, hvor forholdet mellom nevnte lengde og nevnte bredde er mellom omtrent 1,0 og 5,0.

4. Ventil ifølge krav 1, hvor nevnte første og andre ventilelementer (22, 34) er laget av støpejern, stål, keramisk materiale eller et komposittmateriale.

5. Ventil ifølge krav 1, hvor nevnte første og andre ventilelement (22, 34) har kjeglestumpform.

6. Ventil ifølge krav 1, hvor hver av nevnte strømnings-passasjer (24, 36) av nevnte av første og andre ventilelementer (22, 34)avgrenser en hovedsakelig rektangulær omkrets, og hvor nevnte hovedsakelig rektangulære omkrets hovedsakelig er innrettet langs nevnte strømningsakse (F).

7. Ventil ifølge krav 6, hvor nevnte rektangulære strøm-ningspassasje (24) av nevnte første ventilelement (22) er orientert slik at den lange akse av rektangelet dannet av nevnte strømningspassasje (24) er hovedsakelig parallell med den første rotasjonsakse, og hvor nevnte rektangulære strømningspassasje (36) av det andre ventilelementet (34) er orientert slik at den lange akse av rektangelet som dannes av nevnte strømningspassasje (36) er hovedsakelig parallell med den andre rotasjonsaksen.

8. Ventil ifølge krav 6, hvor hver av nevnte omkretser av nevnte rektangulære passasjer har en lengde og en bredde, idet forholdet mellom nevnte lengde og bredde er mellom omtrent 1,0 og 5,0.

9. Ventil ifølge krav 6, hvor de nevnte første og andre ventilelementer (22, 34) er laget av støpejern, stål, keramisk materiale eller et komposittmateriale.

10. Ventil ifølge krav 6, hvor hver av de nevnte første og andre ventilelementer (22, 34) har kjeglestumpformform.