NO320240B1 - Stengeventil for flytende media - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en stengeventil for trykkrom, særlig for beholdere eller rørledninger, med en spjeldskive som er svingbar i et hus i forhold til en dreieakse, og som i tettestillingen hindrer en gjennomstrømning gjennom huset i to innbyrdes motsatte strømningsretninger i området for en pakning.

I rørledninger som leder strømmende medier, blir strømningen avbrutt ved hjelp av ventiler, skyvere eller klaffer eller spjeld. På grunn av den klart mindre byggelengde, blir det foretrukket spjeld.

Den enkleste utførelsesform for et spjeld har en dreieakse som forløper sentralt langs spjeldskiven. Det er også kjent en eksentrisk konstruksjonsform, hvor dreieaksen løper i avstand fra spjeldskiven. Derved blir vanligvis spjeldskivens tetningsfunksjon bedret, fordi skivens pakning ikke blir avbrutt av dreieakselen som blir ført ut fra innerrommet av huset. Dreieakselen befinner seg derimot foran eller bak spjeldskiven. Forøvrig er dreieaksen respektive dreieakselen anordnet sentralt foran spjeldskiven og skjærer en hovedakse av stengespjeldet og dermed også vanligvis hovedaksen av rørledningen.

Sluttelig er det kjent såkalte dobbelteksentriske spjeld. Dreieaksen respektive dreieakselen er ved denne type i tillegg til den ovennevnte eksentrisitet anordnet utenfor hovedaksen, d.v.s. i en liten avstand fra denne. Det blir derved muliggjort en selvlukkeeffekt respektive en tvangslukking for én strømningsretning. Vedrørende den annen strømningsretning, fås det ufordelaktig et permanent åpningstrykk, slik at det må bli utøvet en likeledes permanent og stor lukkekraft med et tilsvarende stort drivmoment. I tidens løp fås det særlig ved store ledningstrykk lekkasjesteder som umuliggjør utførelse av et farefritt arbeide og på den avsperrede side av rørledningen.

På denne bakgrunn er hensikten med oppfinnelsen å skaffe en stengeventil med bedret tetnings virkning. En ytterligere hensikt er herunder å oppnå dette med mindre drivmomenter.

Ifølge oppfinnelsen blir hensikten oppnådd ved at spjeldskiven er selvlukkende i begge strømningsretninger. Det vil si at det siste parti av lukkebevegelsen blir lettet på grunn av det resulterende arbeidstrykk som utøves mot spjeldskiven, uavhengig av strømningsretningen. I det enkleste tilfelle blir dette muliggjort gjennom en sentralt opplagret spjeldskive, som i lukkestillingen, i begge strømningsretninger har ulikt store sideflater ved siden av dreieaksen, hvorunder de større flater ligger diagonalt overfor hverandre over dreieaksen, i likhet med de mindre flater. Denne tilsynelatende umulige anordning blir muliggjort gjennom en viss tykkelse av spjeldskiven og en avfaset, omløpende tetningsflate i sideområdene med den største avstand fra dreieaksen. Sluttelig har pakningen da en romlig dypde i retningen for hovedaksen og i retningen for diametrene. Nettopp dypden i retningen for diameteren gjør det mulig å skaffe ulike flateforhold for begge strømningsretninger. Den side av en spjeldskive som er motsatt en strømning, er inndelt av dreieaksen i en venstre og en høyre flate. For frembringelsen av lukkekraften er differansen mellom flatene relevant. Ved betraktning av spjeldskiven i strømningsretningen og ved en spjeldskive som lukker når den blir dreid mot høyre, fås det en tvangslukkevirkning når den venstre flate er større enn den høyre flate. Den samme betingelse må tilfredsstilles på den andre side av spjeldskiven for den andre strømningsretning. Dette er mulig gjennom den tetningflåte som er skråttrettet ved siden eller sideveis, slik at den såkalte venstre spjeldflate er større på den ene side enn den (i forhold til denne overforliggende) høyre spjeldflate på den andre side.

Fortrinnsvis er det anordnet ringliknende tetningselementer, særlig på omkretsen av spjeldskiven, som blir presset mot den rundtløpende tetningsflate ved lukking av spjeldskiven. Derved blir det oppbygget en ringspenning, slik at trykket er fordelt jevnt ved omkretsen og det langs omkretsen fås en stor tetningsvirkning.

Den beskrevne avfasing av tetningsflaten kan være tildannet ulikt solid ved de sideveis innbyrdes overforliggende kanter eller helt rundtløpende, slik at det fås en såkalt setekonus respektive kjegle. Spjeldskiven kan også være tildannet eksentrisk, d.v.s. med en dreieakse som befinner seg under spjeldskiven respektive en tilhørende tetningsmidtlinje. Også ved denne utførelse er det prinsipielt mulig å oppnå en tvangslukking i begge strømnings-retninger.

Fordelaktig er dreieaksen anordnet på hovedaksen eller dreieaksen skjærer denne. Konstruksjonen av stengeventilen blir derved enklere. De krefter og momenter som blir utøvet, er tilnærmet symmetriske.

Ved anvendelsen eller anordningen av en setekonus er en stor setekonus-vinkel til reduksjon av friksjonskreftene under lukking fordelaktig. Setekonusen blir definert gjennom posisjonen av setekonusaksen respektive kjegleaksen og posisjonen av kjeglespissen. Setekonusen må bli valgt eller beregnet på en slik måte at en klemming av spjeldskiven i tetningsområdet er umulig. En spesielt fordelaktig utførelsesform for oppfinnelsen angår en stengeventil med en setekonus, idet denne har en geometrisk form som er fastlagt ifølge visse kriterier. Se spesielt kravene 1-9. Stillingen av den rundtløpende tetningsflate som er definert i krav 1, kan med andre ord bli gjengitt slik det er angitt nedenfor: a. Den rundtløpende tetningsflate er et parti av en kjeglemantel, hvis mantellinjer definerer vinklene for tetningsflaten i forhold til hovedaksen av stengeventilen,

b. Mantellinjene skjærer hverandre i området for en kjeglespiss, hvis posisjon kan bli fastlagt som følger:

bl. Tetningsmidtlinjen skjærer hovedaksen vinkelrett på denne,

b2. Dreieaksen av spjeldskiven er anordnet i avstand (eksentrisk) i forhold til tetningsmidtlinjen, særlig på hovedaksen, og løper på tvers i forhold til tetningsmidtlinjen og til hovedaksen.

b3. Med dreieaksen som midtpunkt blir det fastlagt en tetningssirkel hvis diameter er mindre enn den nominelle vidde av rørledningen eller av den til rådighet stående innerdiameter innen for stengeventilen,

b4. Skjæringspunkter mellom tetningssirkelen og tetningsmidtlinjen blir betegnet som A og C, skjæringspunktet mellom tetningssirkelen og en rett linje gjennom A og midtpunktet blir betegnet med B, hvorved B ligger overfor punktet A over midtpunktet,

b5. Et skjæringspunkt mellom en tangent (Tl) til tetningssirkelen (55) i punktet A, med en rett linje B-C blir betegnet som SO,

b6. Strekningen A - B blir forskjøvet langs tangenten (Tl) inntil A ligger på SO; den forskjøvne B angir da kjeglespissen Sl,

eller strekningen A - SO blir forskjøvet langs strekningen A-B, inntil A ligger på B; det forskjøvne SO angir da kjeglespissen Sl,

Hensiktsmessig gås det herved ut fra at kjeglespissen og dreiepunktet ligger på ulike sider av tetningsmidtlinjen. Lukkeretningen for spjeldskiven fås også på en slik måte at den sistnevnte, i sin åpne stilling, ligger overfor kjeglespissen over hovedaksen.

Som det er angitt i de første avsnitt av beskrivelsen, er det kjent eksentriske eller dobbelt-eksentriske konstruksjonsformer. En stengeventil med trekk ifølge oppfinnelsen muliggjør konstruksjonen av en eksentrisk byggeform, hvor dreieaksen særlig skjærer hovedaksen og en betjening av spjeldskiven er mulig i begge strømningsretninger med vesentlig mindre drivmomenter enn ved alle, hittil kjente stengeventiler. Dette gjelder også for konstruksjoner, hvor en pakning, f.eks. en rundløpende fjærring, som løper rundt spjeldskiven, har en tykkelse i strømningsretningen som er så liten som det måtte ønskes. En slik spjeldskive er riktignok da ikke lenger selvlukkende. Snarere kan det være behov for et lite holdemoment for å opprettholde den lukkede stilling av spjeldskiven. Drivmomentet til åpning av spjeldskiven er imidlertid likeledes klart mindre enn ved de kjente stengeventiler. Drivinnretningen for spjeldskiven kan bli dimensjonert vesentlig mindre enn tidligere. Dette er en stor fordel nettopp for ventiler som skal bli lukket og åpnet raskt.

For å oppnå en lett åpning av stengeventilen, kan det bli benyttet en flytende eller løs fjærring som en rundtløpende tetning på spjeldskiven. Denne kommer til anlegg innvendig på kjeglesetet for den rundtløpende tetningsflate i ventilhuset. Jo sterkere fjærringen blir innpresset i kjeglemantelens konussete, f.eks. gjennom en trykkdifferanse på begge sider av spjeldskiven eller ved hjelp av et drivmoment, jo større blir en motkraft (kraftkompensasjon) respektive et motmoment, som er betinget av stukningen av fjærringen, og som bidrar til den lette åpning av spjeldskiven. Vinkelen for kjeglemantelen er valgt på en slik måte at det ikke inntreffer noen klemming respektive at det ikke foreligger en selvhemming.

Sluttelig angår oppfinnelsen også forskjellige fremgangsmåter til fremstilling av stengeventiler. Nærmere bestemt angår den bearbeidelsen av tetningsflatene på spjeldskiven og på huset. I praksis består tetningen av rundtløpende tetningsflate på spjeldskiven eller på huset og tilsvarende tetningselementer på den annen del. Eksempelvis kan det være anordnet en pakning av tetningsringer eller Iamellpakninger. Tetningselementene blir bearbeidet analogt med tetningsflaten. Fortrinnsvis er spjeldskiven forsynt med tetningselementene.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår kravene og beskrivelsen forøvrig.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til

tegningen som viser utførelseseksempler:

Fig. 1 viser et snitt gjennom en sentrisk stengeventil.

Fig. 2 et snitt gjennom en eksentrisk stengeventil under angivelse av en viss strømningsretning.

Fig. 3 viser et snitt gjennom den stengeventil som er vist på fig. 2,

med motsatt strømningsretning.

Fig 4 til 6 er tre forskjellige riss av en stengeventil, nemlig et grunnriss i en strømningsretning, et vertikalsnitt og et horisontalsnitt, idet det sistnevnte ligner det som er vist på fig. 1 til 3. Fig. 7 viser et horisontalsnitt gjennom en stengeventil, med hjelpelinjer til fastslåelse av en setekonus respektive tetningsgeometrien. Fig. 8 viser et riss som ligner det som er vist på fig. 7 med ytterligere hjelpelinjer. Fig. 9 viser et utsnitt gjennom den ventil som er vist på fig. 8, i større målestokk. Fig. 10 viser en funksjonell montasje, nemlig et horisontalsnitt gjennom en stengeventil med et dreiebord av en en CNC-maskin.

Fig.l 1 er et riss av et hus av den stengeventil som er vist på fig. 10,

idet det innspent på dreiebordet.

Fig. 12 er et riss av en spjeldskive tilsvarende fig. 10, idet den er innspent på dreiebordet. Fig. 13 er et riss som ligner det som er vist på fig. 10, men for en litt annen bearbeidelse.

Fig. 14 er et riss som ligner det som er vist på fig. 11.

Fig. 15 er et riss som ligner det som er vist på fig. 12.

Fig. 16 til 19 er riss som viser geometriske forklaringer for fastleggelse av de mål som er nødvendige for konstruksjonen. Fig. 20 er et riss som illustrerer de krefter som utøves i området for en rundtløpende tetningsring under lukkingen av stengeventilen.

Fig. 21 viser et tversnitt gjennom tetningsringen.

Fig. 22 er et riss som viser en ytterligere grafisk fremstilling av de krefter som utøves, tilsvarende fig. 20.

Fig .23 er et riss som tilsvarer det som er vist på fig. 21.

Fig. 24 er et riss som ligner de som er vist på fig. 8 og 16 for forklaring av en ytterligere beregningsmetode for kjeglespissen Sl og tetningssetets ellipseform. Fig. 25 er et riss av en projeksjon for ytterligere forklaring av ellipseformen. Fig. 26 viser strømningstversnittet i stengeventilen for forklaring av de krefter og momenter som utøves. Fig! 27 er riss som ligner dem som er vist på fig. 9 og 17, for ytterligere forklaring av ellipseformen.

Noen viktige grunnbegreper for stengeventilen 10 ifølge oppfinnelsen skal først angis ved hjelp av fig. 1. En spjeldskive 11 er anordnet i et hus 12 med sentrisk dreieakse 13. Det er ikke vist rørledninger som er anordnet foran eller bak.

Et tetningssete i huset 12 er betegnet med henvisningstallet 14 og har en rundtløpende tetningsflate 15. En tilsvarende tetningsflate i området for spjeldskiven 11 er betegnet med henvisningstallet 16.1 praksis kan det her eller i huset være anordnet flere tetningslameller.

En hovedakse 17 av stengeventilen 12 løper parallelt med strømningsretningene 18, 19 og løper i dette tilfelle gjennom dreieaksen 13. Nærmere bestemt fås hovedaksen 17 som en akse langs strømningsretningene og gjennom et flatetyngdepunkt av spjeldet 11. Hovedaksen er vanligvis også rørakse.

Tetningsflatene 15, 16 er skråttstilt eller vinklet i forhold til hovedaksen 17, slik at det fås dimensjoner i retningen for hovedaksen 17 (dypde TL i retningen for hovedaksen og dypde TD i retningen for diametrene). Avfasingen av tetningsflatene 15, 16 er størst på de steder hvor avstanden til dreieaksen 13 er størst. Ved gjennomgangen av dreieaksen 13 gjennom tetningsflatene 15, 16 er disse parallelle med hovedaksen 17 og har således ingen avfasing. På grunn av dybden av tetningsflatene 15, 16 i retningen for hovedaksen 17, kan det angis en tetningsmidtlinje 20. Dennes snittpunkt 21 med tetningsflaten 16 beskriver en tetningssirkel 22 ved svingning av spjeldskiven 17.

For åpning må spjeldskiven 11 bli dreid til høyre, i retningen for pilen 23, og for lukking må den bli dreid mot venstre, i retningen for pilen 24.

Stengeventilen 10 er konstruert på en slik måte at spjeldskiven 11 lukker tvangsvis i de to strømningsretninger 18, 19. Ved strømning i retningen for pilen 18, blir en høyre skiveside 25 påstrømmet, ved motsatt strømning 19 blir en venstre skiveside 26 påstrømmet. Begge sider 25, 26 kan være inndelt i innbyrdes sideflater 27, 28 og 29, 30, som ligger overfor hverandre, idet adskillelsen fås gjennom posisjonen av hovedaksen 17. Under antagelsen av strømningsretningen 18, fås det en lukkekraft på grunn av de ulikt store flater 29 og 30. Sideflaten 29 er større enn sideflaten 30 på grunn av den skrått rettede tetningsflate 16. På den overforliggende side 26 er forholdene nøyaktig omvendt. Tilsvarende fås det ved en omvendt strømningsretning 19 også her en lukkekraft på grunn av de ulikt store flater 27 og 28.

De ovennevnte forhold fremgår også av fig. 2 og 3 som viser en litt annerledes tildannet stengeventil 31. Dreieretningene på disse figurer ombyttet i forhold til fig. 1. Således lukker spjeldskiven 32 ved dreining mot høyre i retningen for pilen 33, og åpner ved dreining mot venstre i retningen for pilen 34. De ulike strømningsretninger er angitt med pilene 35 og 36, huset, hovedaksen og en tetningsmidtlinje er angitt med henvisningstallene 37, 38 respektive 39. Ulikt store sideflater er angitt med henvisningsbetegnelsene Al, A2 på den høyre side 40, og A3, A4 på den venstre side 41. Som ved det utførelseseksempel som er vist på fig. 1, fås det også her lukkekrefter for begge strømningsretninger.

I motsetning til Fig. 1, har den spjeldskive 11 som er vist på fig. 2 og 3, et såkalt konussete med konisk innbyrdes innrettede tetningsflater 42, 43 på huset 37 og tilsvarende anordnede tetningslameller 44 på omkretsen av spjeldskiven 32. Tenkte forlengelser av tetningsflatene 42, 43 i bildeplanet treffer hverandre på en måte som ikke er vist nærmere til venstre for spjeldskiven 32 og over hovedaksen 38 og danner således en kjegle. I omkretsretningen fås det en rundtløpende tetningsflate DF som en del av en kjeglemantel. Et skråttløpende linje 45 gjennom tetningssnittlinjen 39 og

hovedaksen 38 danner kjegleaksen.

I motsetning til stengeventilen 10 er stengeventilen 31 tildannet litt (dobbelt) eksentrisk og har et dreiepunkt 46 umiddelbart ved siden av hovedaksen 38. Eksentrisiteten, dvs. avstanden mellom dreiepunktet 46 og hovedaksen 38, er valgt så liten at det i alle fall blir utøvet lukkekrefter i begge strømningsretninger på grunn av flatefordelingene. I dette tilfelle er avstanden mindre enn den halve dybde tD av tetningsflaten av tetningslamellene 44. Herved fås to i retningen for tetningsmidtlinjen 39 på tvers av hovedaksen 38, se også fig. L

Fig. 4 til 6 viser tre realistiske riss av en stengeventil. Ventilen er eksentrisk og har den samme oppbygning som den som er vist på fig. 2 og 3. Den er derfor forsynt med de samme henvisningstall. I tillegg er det vist en dreieaksel 47, rørflenser 48, 49 og lagre 50, 51 for dreieakselen 47. Av fig. 5 fremgår det tydelig at tetningsflatene ved stående dreieaksel 47 har bare en liten helning i forhold til hovedakselen 3 8 i et øvre omkretsområde 52 respektive et nedre omkretsområde 53. Overgangen mellom disse omkretsområder og sideområdene med tetningsflatene 42, 43 er naturligvis flytende eller jevn. I virkeligheten danner også områdene 52, 53 innbyrdes en vinkel tilsvarende det "konussete" som beskrevet på fig. 2 og 3.

Konstruksjonen av "konussetet" og dermed vinkelstillingen av tetningsflatene 42, 43 respektive omkretsområdene 52, 53 er vist nærmere på fig. 7 til 9. Herunder skal det utgås fra konstruksjonen av en stengeventil ifølge figurene 4 til 6. Tilsvarende skal det bli benyttet de samme henvisningstall.

En rørledning som skal bli lukket, har en nominell diameter DN. Stengeventilen 32 har naturligvis en litt mindre diameter. I motsetning til det som er vist på fig. 4 til 6, er denne i dette tilfelle anordnet sentrisk (bare en enkel eksentrisitet ved anordning av dreieaksen utenfor tetningsmidtlinjen) med dreiepunktet 46 gjennom hovedaksen 38. Dén sistnevnte er her også rørakse. Tetningssirkelen 55 fås rundt dreiepunktet 56 i forbindelse med et snittpunkt A mellom tetningsmidtlinjen 39 og de tetningsflater 42, 43 som skal konstrueres. På dette stadium er de diameteren i området for tetningsflatene 42, 43 kjent respektive kan bli antatt å være en forhåndsbetingelse. Bare den koniske innretting av tetningsflatene behøver å bli konstruert. En rett linje gjennom dreiepunktet 46 og skjæringspunktet A fører automatisk til et overforliggende skjæringspunkt B. Overfor skjæringspunktet A, langs tetningsmidtlinjen 39 og på tetningssirkelen 55 fås det et skjæringspunkt C.

Ved hjelp av punktene A, B, C blir det konstruert hjelpelinjer, nemlig en tangent Ti på tetningssirkelen 55 gjennom punktet A, og en rett linje G| gjennom punktene B og C. De rette linjer Ti og Gi skjærer hverandre i et punkt So.

Ved forskyvning av strekningen A-B langs tangenten Ti, blir punktet A liggende på punktet So, mens punktet B definerer et nytt punkt S1. Utgående fra dette punkt Sl blir det trukket kjeglelinjer Kj og K2 gjennom punktene A og C. Kjeglelinjene Ki, K2 beskriver omkretsen av en kjegle (mantellinjer), som samtidig definerer konussetet i stengeventilen 31 respektive vinklene av tetningsflatene 42, 43 og de tilhørende tetningselementer på spjeldsiden 32.

Som et resultat befinner punktet Si seg i en avstand a fra hovedaksen 17, 38, idet denne avstand a er tre ganger større enn radien rK av spjeldskiven 32.

En kjegleakse KA forløper fra skjæringspunktet Si gjennom spjeldskiven 32 og mellom dreiepunktet 46 og et skjæringspunkt 56 mellom hovedaksen 38 og tetningsmidtlinjen 39. Den ovennevnte stilling av kjegleaksen KA er en sidebetingelse for lukkevirkningen i begge strømningsretninger.

Som vist på figurene har huset 37 den rundtløpende tetningsflate og spjeldskiven 32 tetningslameller 44. Disse elementer kan imidlertid bli ombyttet slik at spjeldskiven 32 f. eks. har de glatte tetningsflater.

Fremstillingen og bearbeidelsen av tetningsflatene respektive lamellpakken vil bli beskrevet nedenfor under henvisning til figurene 10 til 15. Herunder er spjeldskiven 32 tildannet enkelt eksentrisk med dreiepunktet 46 på hovedaksen 38.

Figurene 10 til 12 viser fremstillingen av setekonussen. Fig. 10 viser en funksjonell oversikt og spjeldskiven 32 og huset 37.1 praksis blir de to deler fremstilt innbyrdes uavhengig tilsvarende figurene 11 og 12.

Som vist på fig. 11 er huset 37 innspent i en fastlagt vinkelstilling i en hjelpeanordning 60. Vinkelen a blir dannet mellom hovedaksen 38 og kjegleaksen KA. Denne er samtidig en dreieaksen DA for et dreiebord 61 som skal bli beskrevet nedenfor.

Hjelpeanordningen 60 er anordnet fast på dreiebordet 61. Over hjelpeanordningen 60 blir det holdt et roterende verktøy 62, f.eks. en fres eller slipeskive. En sylindrisk overflate 63 av verktøyet 62 er innrettet parallelt med kjeglemantelen respektive kjeglelinjen Kj. Tilsvarende fås det en rett bearbeidelseslinje 64 gjennom materialfraskillingen av verktøyet 62, i det foreliggende tilfelle i området for den rundtløpende tetningsflate av huset 37. Verktøyet 62 roterer om en akse 65 som løper parallelt med den ønskede kontur av tetningsflaten og med kjeglemantelen.

Bearbeidelsen utføres i et såkalt CNC-fresesenter. Dreiebordet 61 danner herunder B-aksen. Under bearbeidelsen fremstilles den rundtløpende tetningsflate 42, 43 av huset 37 ved en forholdsvis rask dreining av verktøyet 63. Samtidig blir dreiebordet 61 dreid forholdsvis langsomt i forbindelse med en aksialbevegelse av verktøyet 62 langs pilen 66. Herunder er en nøyaktig innretting av verktøyet 62 tilsvarende den beregnede kjeglemantel og den likeledes nøyaktige posisjonering av huset 37 ved hjelp av hjelpeanordningen 60 viktig.

Som vist på fig. 12 er spjeldskiven 32 forsynt med tetningslameller 44. Disses ytterdiameter må likeledes bli tilpasset setekonusen respektive kjeglemantelen. For dette formål blir spjeldskiven 32 festet på en ytterligere hjelpeanordning 67 på dreiebordet 61 og bearbeidet med verktøyet 62 slik huset 37 tidligere ble bearbeidet, men fra utsiden. Tilsvarende ligger aksen 65 utenfor kjeglemantelen (kjeglelinjene Kl, K2). Under bearbeidelsen inntreffer det ved dreiningen av bordet 61 en tumlende eller vaklende bevegelse av huset 37 og spjeldskiven 32 slik det fortoner seg for en betrakter. Den omløpende tetningsflate ligger romlig på mantelen av den beregnede kjegle. På grunn av de geometriske forhold blir tetningsflaten ellipseformet. Figurene 13 til 15 viser en annen bearbeidelsesmåte. Fig. 13 viser en montasje av alle delene tilsvarende fig. 10. Fig. 14 viser bearbeidelsen av huset 37.1 motsetning til det som er vist på fig. 11, er det her anordnet et verktøy 68 som ikke roterer, og som har en skjærekant 69. Huset 37 er igjen festet på en hjelpeanordning 60. Denne er innspent i spennbakker 70 av en dreiechuck. For bearbeidelsen blir huset 37 dreid om kjegleaksen KA (samtidig rotasjonsakse DA), mens verktøyet 68 bare blir beveget i pilretningen og parallelt med kjeglemantelen (se pilen 71).

Fremstillingen av konturen i området for spjeldskiven 32 fås igjen ved

bearbeidelse utenfra, tilsvarende fig. 12.

1 stedet for de ovennevnte fremstillingsmåter, kan det også bli benyttet andre, f.eks. en bearbeidelse ved hjelp av laser eller skjæring med vannstråler.

Beregningen av konstruksjonsdata skal bli forklart nedenfor ved hjelp av figurene 16 til 19. De benyttede suffikser og variabler skiller seg fra dem som har blitt benyttet ovenfor. For konstruksjonen'er det gitt en svingeradius R av en stengeventil og en avstand a mellom dreieaksen og tetningsplanet

WAU.

R fås fra betingelsen vedrørende en nominell vidde, a fås fra statiske krav eller grunner vedrørende stivheten (materialutvalg, trykkrav, etc.). Dreieaksen går gjennom røraksen.

Følgende er gyldig: R = strekningen MU, og naturligvis også strekningen

MVog MW

Fastleggelse av de mål som er nødvendige for konstruksjonen:

Bestemmelse av vinkelen a

Bestemmelse av vinkelen 0:

Bestemmelse av vinkelen y:

Bestemmelse av strekningen UW\Bestemmelse av punktet Ci gjennom strekningen WO

For den videre beregning må posisjonen av punktet <|> bli bestemt: Den rettvinklede hjelpetrekant som består av begrensningspunktene Q,(|) og t er kongruent med den trekant som er avgrenset ved hjelp av punktene U, V og W.

Dermed gjelder: strekningen ør = 2a

Dermed er følgende gyldig for strekningen T:

Størrelsen og posisjonen av kjeglevinkelen lar seg nå fastlegge som angitt nedenfor:

Fastleggelse av vinkelen r|: Dermed blir kjeglevinkelen 9

Posisjonen av kjeglesenteret blir dermed beskrevet med vinkelen:

Dersom det for forholdet mellom dreieakseavstanden a og radien R benyttes:

fås det av de foregående likninger fra (I.) til (X.) en forenklet skrivemåte. Dersom uttrykket blir erstattet med begrepet a, kan likningene I til X bli forkortet som angitt nedenfor:

De krefter som blir utøvet under lukkingen av stengeventilen skal bli beskrevet nærmere nedenfor under henvisning til figurene 20 til 23. Spjeldskiven er forsynt med et tetningselement i form av tetningslameller 44, se fig. 2 og 3. Som en forenkling skal det på fig. 20 til 23 utgås fra en enkel fjærring 71. Denne kan danne tetningselementet av spjeldskiven alene eller danne en lamellpakke sammen med ytterligere tetningsringer. Nedenfor skal det utgås fra at tetningselementet av spjeldskiven er forholdsvis tynt. Det er derfor anordnet bare den enkle fjæring 77 som flyter eller beveger seg fritt i en rundtløpende fatning eller spor.

Ved lukkingen av stengeventilen kommer fjærringen 71 til anlegg mot det rundtløpende tetningssete av ventilhuset. På grunn av den roterende lukkebevegelse, pilen 72, blir det utøvet et større trykk mot sideområder 73, 74 på grunn av tetningssetets kjegleform, noe som kan sammenlignes med påløpningen på et skråplan.

Ingen innadrettede krefter blir utøvet ved det øvre omkretsområde 52 og det nedre omkretsområde 53, fordi fjærringen 71 her skjærer rotasjonsaksen (dreiepunktet 46). Som en reaksjon fås det i disse omkretsområder 52, 53 et utadrettet trykk av fjærringen 71. Således innpasser fjærringen 71 seg automatisk til tetningssetet. De krefter som blir utøvet, blir på grunn av elastisiteten av fjærringen 71 fordelt jevnt, resp. videreledet. For dette formål er det herunder også viktig at fjærringen 71 er opplagret på en slik måte at den kan utføre tilpasnings- eller unnvikningsbevegelser på tvers av strømningsretningen.

De krefter som blir utøvet er vist grafisk på fig. 22. En innsnevret sirkel 75 angir eller definerer de forskjellige krefter ved sin innsnevring i forhold til ytterdiameteren av fjærringen 71.1 sideområdene 73, 74 er de trykkrefter som blir utøvet utenfra mot fjærringen 71 størst, mens de reaksjonskrefter som derav blir utøvet som et resultat, dominerer i de øvre og nedre omkretsområder 52, 53. Disse er naturligvis rettet utad.

Ellipseformen av spjeldskiven resp. tetningssetet vil bli beskrevet nedenfor under henvisnng til fig. 24 og 25. Som angitt ovenfor er tetningssetet, dvs. den rundtløpende tetningsflate i ventilhuset 37, en del av en kjeglemantel med kjeglespiss Si. Da kjeglespissen S| ikke ligger på hovedaksen 38, løper det tilhørende kjeglesnitt under en vinkel som avviker fra 90° i forhold til kjegleaksen KA og har ellipseform. Den rundtløpende tetningsflate har således to diametre tilsvarende de dimensjoner for en ellipse som er vanlig i matematikken, nemlig en stor diameter 2a og en liten diameter 2b. Herunder tilsvarer den store diameter 2a på fig. 24 strekningen mellom punktene A og C. Denne lille diameter 2b, høyden av spjeldskiven 32, fås gjennom en linje 76 som løper vinkelrett på kjegleaksen KA gjennom et punkt p, idet denne normal eller vinkelrette linje skjærer skjæringspunktet 56 mellom tetningsmidtlinjen 39 og hovedaksen 38. Av figuren fremgår videre skjæringspunktene s og t mellom linjen 76 og mantellinjene Ki og K2 av den oppspente kjegle. Den lille diameter 2b er lik avstanden mellom punktene s og t langs linjen 76.

Ifølge fig. 24 ligger punktet Sl på en linje 77 som er parallell med hovedaksen 38, idet parallellen 77 befinner seg i en avstand tilsvarende tre ganger spjeldradien rk fra hovedaksen 38 (rk = avstand mellom punktene 56 of C). Stedet for punktet Si på parallellen 77 fås gjennom tangenten 78 til tetningssirkelen 55 i punktet B (resp. punkt V på fig. 16 til 18). Jo lenger dreiepunktet 46 således blir fjernet fra tetningsmidtlinjen 39 (eksentrisitet av stengeventilen), jo lenger vandrer punktet S| på parallellen 77 mot venstre i retningen mot tetningsmidtlinjen 39.

Den elliptiske form av den rundtløpende pakning fremgår av fig. 25. En kjegle med kjeglespiss Z og mantellinjer Zl, Z2 har en kjegleakse ZA, som samtidig er den halverende for kjeglevinkelen S. Et snitt gjennom sirkelkjeglen gjennom punktet H i den halve høyde av kjeglen og vinkelrett på kjegleaksen ZA, skaffer sammen med mantellinjene Zl og Z2 skjæringspunktene Hl og H2. Det tilhørende, skrå kjeglesnitt er merket med en dobbeltlinje. Denne består av to like lange partier Dl og D2 som begge har lengden a. Punktet H mellom partiene Dl og D2 ligger ikke på kjegleaksen, men i en avstand i forhold til skjæringspunktet p av kjegleaksen. Avstanden mellom punktene H og p er et mål for

eksentrisiteten tilsvarende reglene for beregning av en ellipse. Nøyaktig er

den lineære eksentrisitet e av en ellipse

og den numeriske

eksentrisitet e = e/a.

Avhengig av stillingen av det skråttløpende kjeglesnitt blir punkt H liggende med større eller mindre avstand fra kjegleaksen ZA. For dette formål er det på fig. 25 inntegnet noen kjeglesnitt utgående fra punktet ZS. Videre fremgår høyden av ellipsen av kjeglesnittet gjennom punktet H. Ellipsen har en høyde 2b som tilsvarer avstanden mellom punktene Hl og H2. Punktene H og på fig. 25 tilsvarer punktene 56 og p på fig. 24. For å oppnå en bedre tydelighet er det der inntegnet også partiene Dl og D2.

Det særegne ved stengeventilen ifølge oppfinnelsen, nettopp i forbindelse med en forholdsvis tynn fjærring resp. tetningsring, beror på de små innstillingsmomenter i forhold til vanlige stengeventiler. Ved en teoretisk uendelige tynn tetningsring inntreffer ikke lenger de innledningsvis beskrevne krefter som skaffer en selvlukke- eller holdeeffekt. På grunn av den symmetriske ventilanordning (dreieaksen på hovedaksen 38 = enkel eksentrisitet) utliknes de krefter som blir utøvet på grunn av ulike trykk på de to sider av spjeldskiven. De innstillingsmomenter som er nødvendige for åpning og lukking av spjeldet, er forholdsvis små. En drivinnretning kan være dimensjonert tilsvarende liten.

Ved lukket spjeld fås det på grunn av ulike trykk på de to sider av spjeldskiven en liten nedbøyning av denne som naturligvis er størst ved den halve høyde, dvs. langs X-aksen på fig. 26. På grunn av nedbøyningen og den ovenenevnte kjegleseteanordning, fås det en tverrforskyvning av tetningsringen, resp. fjærringen 71. Denne tverrforskyvning er imidlertid så liten at den øker de nødvendige instillingsmomenter bare i liten grad. I det følgende skal de momenter som blir utøvet vinkelrett på den lukkede spjeldskive etter forskyvningen av fjærringen 71 bli beskrevet ved hjelp av fig. 26 og likninger som fås. Beskrivelsen gjelder også for tykke tetningsringer eller tetningslamellpakker og de derav resulterende ulike momenter på de to sider av spjeldskiven. Følgende er gyldig:

Fjærringen 71 med den tilhørende spjeldskive danner en flate som har form som en ellipse med en stor diameter 2a (bredde) og en liten diameter 2b (høyde). Dreiepunktet 46 av spjeldskiven er anordnet forskjøvet i forhold til den halverende (y-akse) av bredden 2a. I forbindelse med en trykkdifferanse på de to sider av spjeldskiven, fås det et resulterende dreiemoment, som avhengig av retningen eller fortegnet fremmer eller bremser en forskyvning av spjeldskiven. Flatene på hver side av den vertikale linje som er definert gjennom dreiepunktet 46, kan bli beregnet ved hjelp av likningene (XI.) og (XII.). Som funksjon y = f(x), skal det bli benyttet den funksjon som gjelder for en ellipse. På grunn av den generelle formel y = f(x), kan det med likningene (XI.) til (XVIII.) også bli beregnet momenter ved spjeldskiver med en annen form. Funksjonen må bare kunne bli fastlagt. De virksomme hevarmer blir fastlagt ved hjelp av posisjonen av trykktyngdepunktene Sxi og SX2, se likningene (XIII.) og (XIV.). Det resulterende moment, se likningene (XV.) til (XVIII.) fås fra differansen mellom de enkelte momenter, idet disse blir fastlagt ved hjelp av det virksomme trykk å, de utregnede flater av SXi og Sx2 såvel som de virksomme hevarmer Sxi og SX2-1 likningen (XVIII.) er de aktuelle størrelser innsatt og forkortet så meget som mulig. Endepunktene c, d, og e som er av betydning for integralene, fremgår av fig. 26. c og e er samtidig siderandpunktene for fjærringen 76 etter en tverrforskyvning av denne respektive de siderandpunkter som er virksomme på den aktuelle side av klaffskiven, mens d angir stedet for den akse som er definert gjennom dreiepunktet 46.

Likningen (XIX.) beskriver generelt de bøyemomenter som blir utøvet på utsiden på omkretsen av fjærringen 71 på fig. 20, avhengig av vinkelen (p mellom radien R og horisontalen, og som blir utløst eller forårsaket ved pressingen av sideområdene mot konussetet av den rundtløpende tetningsflate DF under lukkingen av spjeldskiven. FA angir den kraft som herunder blir utøvet. Verdiene ( l/ n - Vi sincp) i den høyre spalte av tabellen nedenfor skal tilsvare de piler som er vist på fig. 22 mellom den innsnevrede sirkel 75 og omkretsen av fjærringen 71. Likningen (XIX.) gjengir en ganske nøyaktig verdi for momentet MR (cp) dersom verdien for b/a er på mellom 0,9 og 1.

Tabell for fig. 20 og 22

Fig. 27 viser sluttelig innbygningen av fjærringen 71 i spjeldskiven 32. Fjærringen 71 er holdt i en rundtløpende not 79 som er dannet gjennom

spjeldskiven 32 og en holdering 80 som er skrudd på spjeldskiven, og hvis ytterdiameter er litt mindre enn ytterdiameteren av fjærringen 71. Overfor holderingen 80, dvs. på den annen side av fjærringen 71, er det i en aksialt løpende not 81 av spjeldskiven 32 anordnet en tetningsring 82, slik at et medium som er avsperret ved hjelp av spjeldskiven 32, ikke kan strømme

forbi på innsiden ved fjærringen 71.

På fig. 27 er det angitt en særegenhet. Den inntegnede ellipse E representerer et kjeglesnitt etter linjen LR på den høyre side av fjærringen 71 ifølge figuren. I dette tilfelle blir ellipsen E halvert gjennom hovedaksen 38 som skjærer dreiepunktet 46 og punktet 56. Dersom kjeglesnittet i stedet blir lagt langs den venstre side av fjærringen 71, fås det et skjæringspunkt mellom den tilsvarende kjeglesnittlinje (ikke vist) og den tilhørende ellipsehalverende linje nøyaktig i punktet PL som på fig. 27 er inntegnet som et lite kors.

Konussetet for den rundtløpende tetningsflate DF er nøyaktig definert gjennom angivelsen av kjeglespissen Sl og gir en her betegnet hovedkjegle. Et konussete med en annen kjegle som skal legges til grunn, er ikke utelukket. Det skulle være mulig å oppnå slike kjegler, hvis kjeglespiss ligger nærmere hovedaksen 38 og samtidig også nærmere tetningsmidtlinjen 39 enn Sl, se fig. 24. Særlig gjelder dette for kjeglespisser som ligger innenfor hovedkjeglen, dvs. mellom mantellinjene Kl og K2.

Ved de ovenfor beskrevne utførelseseksempler er det som kjegle alltid anordnet en sirkelkjegle. Imidlertid er i stedet en kjegle med en annen form mulig, f.eks. en form hvor kjeglesnittet til tildannelse av den rundtløpende tetningsflate har en sirkelrund form. Generelt bør et kjeglesnitt vinkelrett på kjegleaksen ha utelukkende en konveks omkretslinje eller respektive ingen konkave partier. Viktig er bare en enkel eksentrisitet av spjeldskiven, eventuelt bare en liten avstand av dreieaksen fra hovedaksen (liten, dobbel eksentrisitet) slik at det blir utøvet bare små momentforskjeller for forskjellige strømningsretninger.

Claims (15)

1. Stengeventil (10) for trykkrom, spesielt for beholdere eller rørledninger, med en spjeldskive (11,32) som er svingbar i forhold til en dreieakse (13,46) i et hus (12,37) og som i tettestillingen stenger gjennomstrømningen gjennom huset (12,37) i to innbyrdes motsatte strømningsretninger i området for en pakning, der spjeldskiven (32) er anordnet eksentrisk, dvs. med en dreieakse (46) uten for en tetningsmidtlinje (39) og at dreieaksen løper særlig gjennom stengeventilens hovedakse, karakterisert ved at tetningen har en rundtløpende tetningsflate DF hvis stilling er som angitt nedenfor: a. tetningsflaten DF er et parti av en kjeglemantel, hvis mantellinje Kl, K2) definerer vinkelen av tetningsflaten DF i forhold til hovedaksen (17,38) av sperreventilen, b. mantellinjene skjærer hverandre i området for en kjeglespiss S1, hvis posisjon kan bli fastlagt som angitt nedenfor: bl. en tetningsmidtlinje (39) skjærer hovedaksen (38) vinkelrett på denne, b2. en dreieakse (46) er anordnet med avstand i forhold til tetningsmidtlinjen (39), særlig på hovedaksen (38), og løper på tvers av tetningsmidtlinjen og av hovedaksen, b3. med dreieaksen (46) som midtpunkt blir det fastlagt en tetningssirkel (55), hvis diameter er mindre enn den nominelle bredde DN av rørledningen eller av den tilgjengelige, indre diameter innenfor stengeventilen (31), b4. skjæringspunkter mellom tetningssirkelen (55) og tetningsmidtlinjen (39) blir betegnet som A og C, skjæringspunktet mellom tetningssirkelen (55) og en rett linje gjennom A og dreiepunktet (46), blir betegnet med B idet punktet B ligger over for punktet A over midtpunktet, b5. et skjæringspunkt mellom en tangent (Tl) til tetningssirkelen (55) i punktet A, med en rett linje B - C blir betegnet som SO, b6. strekningen A-B blir forskjøvet langs tangenten (Tl) inntil A ligger på SO; den forskjøvne B angir da kjeglespissen Sl, eller strekningen A - SO blir forskjøvet langs strekningen A-B, inntil A ligger på B; det forskjøvne SO angir da kjeglespissen Sl.

2. Stengeventil ifølge krav 1, karakterisert ved at spjeldskiven (11,32) er selvlukkende i begge strømningsretninger og at for å oppnå denne hensikten i lukkestillingen har spjeldskiven (11, 32), i de to strømningsretningene, overflater med forskjellig størrelser sideveis ved siden av dreieaksen (13, 46), både de større overflatene og de mindre overflatene befinner seg i hvert tilfelle diagonalt motstående hverandre over dreieaksen (13, 46).

3. Stengeventil ifølge krav 1, karakterisert ved at spjeldskiven (11,32) svinger om dreieaksen (13,46), som løper gjennom en hovedakse (17,38) av stengeventilen, særlig gjennom en rørakse.

4. Stengeventil ifølge krav 1, karakterisert ved at pakningen har en rundtløpende tetningsflate (15,16,42,43), - på spjeldskiven (11,32) og/eller på huset (12,37) -, som er en parti av en kjeglemantel.

5. Stengeventil ifølge krav 1, karakterisert ved at kjeglemantelen har en kjeglespiss (Sl) som ligger uten for en hovedakse (17,38) av sperreventilen, særlig med en avstand i forhold til denne som er større enn radien rK av spjeldskiven (11,32).

6. Stengeventil ifølge krav 5, karakterisert ved at kjeglespissen Sl har en avstand a fra hovedaksen (17,38), hvor a = 3rk, og a løper i retningen minst på tvers av dreieaksen (13,46) og på tvers av hovedaksen (17, 38) av stengeventilen.

7. Sperreventil ifølge krav 1, karakterisert ved at dreieaksen (13,46) av spjeldskiven (11,32) ikke ligger nøyaktig på hovedaksen (17,38), men er forskjøvet en avstand på tvers av hovedaksen, i det avstanden er mindre enn eller lik den halve maksimale dybde TD av tetningsflatene (15,16,42,43) i retningen på tvers av hovedaksen (17,38).

8. Sperreventil ifølge krav 1, karakterisert ved at kjeglespissen ikke ligger i punktet S1, men nærmere hovedaksen (38) og samtidig nærmere tetningsmidtlinjen (39).

9. Stengeventil ifølge krav 1, karakterisert ved at kjeglespissen ikke ligger i punktet Sl, men mellom de mantellinjer Kl og K2 som tilhører Sl.

10. Fremgangsmåte til fremstilling av en stengeventil (10,31) ifølge et av kravene 1 til 9, karakterisert ved at huset (12,37) for bearbeidelse av dettes tetningsgeometri, festes på et dreiebart bord (61) idet det orienteres på en slik måte at dreieaksen (DA) av bordet samtidig er tetningsflatens kjegleakse (KA) idet et roterende verktøy med en bearbeidelseslinje (64) langs en kjeglemantellinje (64) fjerner materialet av huset (37) i området for tetningsflaten, idet bordet (61) dreies.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at det roterende verktøy (62) kjøres langs kjeglemantellinjen (Kl) i retningen mot kjeglespissen og tilbake.

12. Fremgangsmåte til fremstilling av en stengeventil ifølge et av kravene 1-9, karakterisert ved at spjeldskiven (11,32), for bearbeidelse av dennes tetningsgeometri, festes på et dreibart bord (61) med en slik orientering at dreieaksen (DA) av bordet samtidig er kjegleakse (KA) av tetningsflaten, idet et roterende verktøy (62) med en bearbeidelseslinje (64) langs kjeglemantellinjen fjerner materialet av spjeldskiven (32) respektive materialet fra tetningselementer som er anordnet på spjeldskiven, idet bordet dreies.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at det roterende verktøy (62) kjøres langs kjeglemantellinjen (kl) i retningen mot kjeglespissen og tilbake.

14. Fremgangsmåte til fremstilling av en sperreventil (10,31) ifølge et av kravene 1 til 9, karakterisert ved at huset (12,37) for bearbeidelse av tetningsgeometri, festes på et dreibart bord eller indirekte ved hjelp av spennbakker (70) av en roterende bearbeidelsesmaskin, med en orientering på en slik måte at dreieaksen (DA) av bordet eller bearbeidelsesmaskinen samtidig er kjegleakse (KA) av tetningsflaten (42,43), idet et skjæreverktøy (68) med en skjærekant fjerner materialet av huset (37) ved dreining av bordet respektive bearbeidelsesmaskinen, idet skjæreverktøyet (68) med skjærekanten (69) beveges langs en kjeglemantellinje (Kl).

15. Fremgangsmåte til fremstilling av en sperreventil ifølge et av kravene 1 til 9, karakterisert ved at spjeldskiven (32), for bearbeidelse av dennes tetningsgeometri, festes på et dreibart bord eller indirekte ved hjelp av spennbakker (70) av en bearbeidelsesmaskin, med en orientering på en slik måte at dreieaksen (DA) av bordet respektive bearbeidelsesmaskinen samtidig er kjegleakse (KA) av tetningsflatene (42,43), idet et skjæreverktøy (68) med en skjærekant (69) fjerner materialet av spjeldskiven (32) respektive tetningselementene på spjeldskiven gjennom dreining av bordet respektive bearbeidelsesmaskinen, og skjæreverktøyet (68) med skjærekanten (69) beveges langs en kjeglemantellinje i retningen mot kjeglespissen (SO) eller tilbake.