NO323454B1 - Beskyttelse av et pakningselement. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et arrangement for beskyttelse av et pakningselement.

Mange hydrauliske systemer er utsatt for store trykkforskjeller mellom delene. Ventiler i slike systemer åpner og lukker mot denne trykkforskjell og må derfor ha pakninger som kan tåle de høye trykk som kan oppstå. Et spesifikt problem er at de meget høye trykkforskjeller kan medføre at pakningen beveger seg ut av sin stilling, slik at det derved blir nødvendig å fjerne denne delen for utbytting av pakningselementet.

Pakninger blir vanligvis montert i spor og kan innbefatte pakningsholdere for å holde pakningen på plass. For høytrykksanvendelser har det hittil vært vanlig å benytte harde pakninger, så som metallpakninger eller et hardt plastmateriale. Slike pakninger vil imidlertid ikke tette skikkelig med mindre de energiseres, dvs. at de trykkes mot tetningsflaten. Noen ganger må denne kraften være meget høy. Dette krever spesielle tiltak og en mer komplisert pakningsgeometri. Dette vil også kreve trangere toleranser og en mer nøyaktig maskinering av tetningsflaten. En annen ulempe i forbindelse med denne pakningstypen er at de er statiske og at de ikke har noen toleranse for bevegelse, eksempelvis ved åpning og lukking av ventilen. Ofte må slike pakninger derfor byttes etter bare noen få operasjoner. Dette vil ikke alltid være mulig, eksempelvis når ventilen er plassert flere hundre meter under vannflaten. Det er klart at en opphenting av ventilene for pakningsbytte vil være tidkrevende og meget kostbart.

En annen pakningstype er myke elastomere pakninger, vanligvis i form av en O-ring. En myk pakning vil tette meget bedre fordi den vil deformere seg mot sin tetningsflate og ikke krever samme nøyaktige maskineringstilpasning som de harde pakninger. En ulempe med elastomere pakninger er at de har en tendens til å bli presset ut av sporet/leiet når ventilene åpnes. Denne tendensen vil forsterkes med øket trykkforskjell over ventilen. Som følge av sin funksjon vil pakningen nødvendigvis danne en bro mellom ventillegemet og ventilsetet når ventilen er i lukket stilling. Når ventilen åpnes vil ventilelementet beveges vekk fra setet og forsøke å åpne en passasje mellom dem. En elastomer pakning vil imidlertid på grunn av sine ettergivende materialegenskaper ha en tendens til å lukke denne passasjen. Dette skyldes det trykk som presser pakningen mot setet.

I eksempelvis en hydraulisk kobling er det to tallerkenventiler, én i hver del som åpnes når koblingens hanndel føres inn i hunndelen. Før åpningen av ventilene vil fluidet i den ene delen ha driftstrykket mens fluidet i den andre delen vil ha et omgivelsestrykk (dvs. vanndybden) eller være lik null. I åpningsøyeblikket kan trykkforskjellen være meget stor og presse pakningene ut av sporene. Denne kraftutøvelsen kan medføre at pakningen deformeres, og dersom pakningen derved nøytraliseres kan sjøvann strømme inn i dette rom med høy hastighet og derved rive pakningen helt eller delvis ut av sporet, med det resultat at koblingen må bringes opp til overflaten for reparasjon, hvilket representerer en alvorlig ulempe.

Trykkforskjellen over delene kan være ekstremt stor. Eksempelvis kan det ytre trykk gå opp til 400 bar og trykkforskjellen gå opp til 1200 bar. Det må kunne være mulig å sette sammen og adskille koblingsdeler under vann med fullt fluidtrykk i ledningene uten at derved fluid strømmer ut til det omgivende vann.

Dette gjelder også for andre ventiltyper, så som tilbakeslagsventiler, sikkerhetsventiler og strupeventiler.

I US 5,123,448 og EP 621 430 Bl er det i begge publikasjonene vist et beskyttende arrangement for en elastisk tetning i en ventil som omfatter et ventilsete og et ventillegeme som omfatter i det minste et tetningselement, hvilket tetningselement interagerer med nevnte ventilsete når nevnte ventil er i lukket posisjon, idet den. omfatter en beskyttende del som er bevegelig forbundet til nevnte ventillegeme mellom en første stilling hvor delen dekker nevnte tetningselement når nevnte ventil er i en åpen stilling og en andre stilling tilbaketrukket fra nevnte tetningselement når ventillegemet interagerer med ventilsetet.

En hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en myk elastomer pakning i områder hvor det hittil har vært vanlig å benytte harde pakninger.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en beskyttende innretning for pakningen når pakningen utsettes for en trykkforskjell, eksempelvis når de to deler kobles fra hverandre.

Disse hensikter oppnås med et beskyttelsesarrangement for en ventil, med bruk av ventilen og en andel i en hydraulisk kobling som angitt i de etterfølgende krav.

Ifølge oppfinnelsen benyttes beskyttelsesarrangementet for en ettergivende pakning i en ventil. Ventilen har et ventilsete og et ventillegeme, innbefattende minst ett pakningselement. Pakningselementet er et ettergivende pakningselement og det kan være anordnet flere pakningselementer på ventillegemet. I lukket ventilstilling samvirker pakningselementet med ventilsetet. Ifølge oppfinnelsen innbefatter ventilen et beskyttende element som er bevegbart forbundet med ventillegemet mellom en første stilling i hvilket det dekker pakningselementet når ventilen er i en åpen stilling, og en andre stilling tilbaketrukket relativt pakningselementet når ventillegemet samvirker med ventilsetet.

I en foretrukket utførelsesform er beskyttelseselementet forbundet med ventillegemet ved hjelp av et ettergivende element, og er i form av en hylse som omgir ventillegemet 40, hvilken hylse danner et foldeelement for det ettergivende element 70 som er plassert mellom ventillegemet 40 og hylsen 22. Det ettergivende element 70 kan innbefatte en fjær.

Beskyttelsesarrangementet ifølge oppfinnelsen kan fordelaktig benyttes i en hydraulisk kobling for bruk under vann. Beskyttelsesarrangementet kan imidlertid også benyttes i forbindelse med ventiler i enhver annen situasjon hvor pakningselementet bør beskyttes når ventilen er i en åpen stilling.

Oppfinnelsen vedrører også en hanndel i en hydraulisk kobling. Hanndelen innbefatter et ytre rørlegeme med en indre passasje i legemets lengderetning. Denne indre passasjen har en ventilsetedel som er utformet i en del av passasjen. I passasjen er det anordnet et forspent ventillegeme, hvilket ventillegeme innbefatter minst et pakningselement for tetning mot legemets setedel. Hanndelen kan også innbefatte et aktiveringselement for aktivering av ventilen. Ifølge oppfinnelsen er en hylseinnretning forbundet med ventillegemet, plassert mellom ventillegemet og det ytre legemet og dannende et holdeelement for et ettergivende element, plassert mellom hylseinnretningen og ventillegemet. Hylseinnretningen er aksialt bevegbar i forhold til både legemet og ventillegemet mellom en første stilling i hvilken den dekker pakningselementet og en andre stilling tilbaketrukket fra pakningselementet slik at pakningselementet kan tette mot ventilsetet i det rørformede legemet.

I en foretrukket utførelsesform er hylseinnretningen festet til en annen hylse som danner et holdeelement for et annet ettergivende element mellom hylsen og legemet, hvilket gir forspenningen av ventillegemet i det rørformede legemet, slik at ventillegemet vil ligge an mot ventilsetet med mindre ventilen betjenes. I en foretrukket utførelse er fjærspenningen til det første fjærelement 70 mindre enn fjærspenningen til det andre fjærelementet 32.

Man kan tenke seg et beskyttelsesarrangement ifølge oppfinnelsen i et tilfelle hvor pakningselementet er anordnet i ventilsetet og beskyttelseselementet er i form av en hylse som er bevegbart anordnet og forbundet med ventilsetet. Ved at beskyttelseselementet forspennes ved hjelp av et ettergivende element, som tilfellet er i den foretrukkede utførelse, vil beskyttelseselementet forbli i anlegg mot en del av den andre del av ventilen når ventildelene skilles, helt til pakningselementet er dekket av beskyttelseselementet. Dette anlegget av beskyttelseselementet mot den motliggende del av ventilen sikrer også en i hovedsaken redusert strømning gjennom ventilen helt til pakningselementet er dekket av beskyttelseselementet.

En fagperson vil vite at modifikasjoner og endringer av de foretrukkede utførelsesformer vil ligge innenfor den inventive ramme som definert i de etterfølgende krav.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til tegningen.

I tegningen er oppfinnelsen vist i form av et eksempel hvor oppfinnelsen er utnyttet i en undervanns hydraulisk kobling. Denne kobling er imidlertid bare ment som et eksempel og en fagperson vil vite at oppfinnelsen lett kan modifiseres for bruk i forbindelse med andre ventiltyper. I tegningsfiguren er den øvre halvdel av koblingen vist i sin inaktive eller lukkede tilstand mens den nedre halvdel av tegningen viser koblingen i den aktive åpne stilling, dvs. i en stilling hvor koblingsdelene er forbundet med hverandre slik at det tillates en fluidstrøm gjennom dem.

Som vist i tegningsfiguren innbefatter koblingen ifølge oppfinnelsen en i hovedsaken rørformet hannkoblingsdel eller hanndel 1. Denne er anordnet til å forbindes med en hunnkoblingsdel ved at hanndelen føres aksialt inn i hunndelen på kjent måte.

Som vist i figuren innbefatter hanndelen 1 et rørformet ytre legeme 2 med en første eller bakre endedel 4 som kan ha ytt er gjenger 6 hvormed hanndelen kan festes til en ikke vist fluidledning, som utgjør en komponent i et ledningssystem, og som kan ha korresponderende innergjenger. For griping av det ytre legemet 2 og innskruing av det i mannifolden, eksempelvis ved hjelp av en ikke vist nøkkel, kan det ytre legemet 2 ha et gripeparti 10 med egnet form.

Det ytre legemet 2 innbefatter videre en andre eller frontendedel eller sondeavsnitt 12 med en sirkelsylindrisk ytterflate 14. Ved sondeavsntttets frontende har legemet

2 et fortykket avsnitt 8 med en fremre, radiell endeflate som danner en første kontaktflate 50. Aksialt gjennom det ytre legemet 2 går det en passasje 16. Nær sondeseksjonens fremre ende er det utformet et utvidet parti 18 i passasjen 16. Ved frontavsnittet 8 har passasjen 16 et innsnevret fremre passasjeavsnitt 24. Dette fremre passasjeavsnitt 24 begrenses av, regnet fra frontenden fremover og innover, et første avsnitt 52 med en første diameter og et andre avsnitt 54 med en andre, større diameter. Mellom avsnittene 52 og 54 er det en bakoverrettet skulder 53. Bak avsnittet 54 er det et tredje avsnitt 56 med en diameter som øker mot det utvidede passasjeavsnitt 18. Mellom avsnittene 54 og 56 foreligger det en bakoverrettet skulder 55. Overflaten i avsnittet 54 danner en ventilseteflate. Dette vil bli beskrevet nærmere nedenfor. 1 et innover åpent omkretsspor i passasjen 16 er det lagt inn en fast fjærholderring 26 som danner en aksial støtte for en første eller bakre fjærholderhylse 28. Denne første holdehylse 28 har en radielt innoverrettet bakre bæreskulder 13 som danner det bakre anslaget for en skruefjær 32. En aksialt bevegbar ventilholder, generelt betegnet med 20, innbefatter en andre fjærholdehylse 34 med et radielt innoverrettet fremspring, en fremre bæreskulder 38 som danner skruefjærens 32 fremre anslag.

Ventilholderen 20 innbefatter videre et avsnitt med perforeringer 44 som muliggjør at fluid kan strømme fra den indre passasje 16 og til det utvidede passasjeavsnitt 14 og ut gjennom frontpassasjen 24 når ventilen er åpen. Ventilholderens 20 fremre del har en koppform med en bakre ende 84, en foroverragende sirkulær hylse 22 med en frontende 78 og en bakvegg 82, som danner bunnen i koppen. Hylsen 22 har en bakre innerflate 74 og en fremre innerflate 72. Disse er adskilt fra hverandre med en radiell skulder 75.1 hylsens 22 vegg er det boret ut et antall hull 73 for ventilering av fluid som måtte være innfanget mellom O-ringene 66 og 68.

Et ventillegeme 40 er aksialt bevegbart i hylsen 22. Ventillegemet 40 har en bakre ytre overflate 76 og en fremre ytre overflate 78. Disse er skilt fra hverandre med en bakoverrettet skulder 77. Overflaten 76 har glidepasning mot hylsens bakre indre overflate 74, og overflaten 78 har glidepasning med hylsens indre overflate 72. Skulderen 72 går mot hylsens indre skulder 75 og danner en stopper som begrenser ventillegemets bakoverrettede bevegelse i hylsen 22. Ventillegemets 40 fremre ende har en aktiveringstapp 42 som strekker seg aksialt ut forover gjennom det fremre, andre passasjeavsnitt 24 og forbi frontenden til den ytre del 2. En fjær 70 er anordnet i rommet som dannes mellom ventillegemets bunnende 82 og bakre ende 69. Denne fjæren 70 utøver en kraft som holder ventillegemet 40 i dets fremre stilling, slik det er vist i den øvre halvdel av tegningsfiguren.

Ventillegemet 40 har et antall spor 62, 64 for opptak av myke ettergivende pakningsringer eller O-ringer 66, 68. O-ringen 68 tetter mot hylsens 22 innerflate 74. O-ringen 66 tetter mot hylsens 22 innerflate 72 når ventilen er i den åpne stilling, som vist i den nedre halvdel av tegningsfiguren, og tetter mot ventilseteflaten 54 når ventilen er i den lukkede stilling, som vist i den øvre tegningshalvdel.

Skruefjæren 32 er anordnet for hele tiden å påvirke ventilholderen 20 og således ventil elementet 40 med en foroverrettet kraft som forsøker å bringe ventillegemets 40 fremre ende 72 til anlegg mot skulderen 55.1 denne stillingen tetter pakningen 66 mot ventilseteflaten 54 og ventilen er lukket. For å åpne ventilen utøves det en kraft mot aktivatortappen 72. Fordi fjæren 70 er svakere enn fjæren 32 vil ventillegemet 40 da bevege seg bakover og trykke sammen fjæren 70 helt til skulderen 77 møter skulderen 75. Som følge av at arealet til den bakre flaten 84 som påvirkes av fluidtrykket i passasjen 16, er meget mindre enn de kombinerte arealene til frontenden 78 og skulderen 75, vil bevegelsen til ventilholderen 20 motvirkes. Under denne bevegelsen vil pakningen 66 bevege seg fra sin kontakt med ventilseteflaten 54 og til kontakt med holdehylsens 22 indre flate 72. Pakningen 66 beveger seg derved ut av samvirket med ventilseteflaten 54, men fordi hylsens 22 fremre ende 78 under denne bevegelsen fremdeles ligger an mot skulderen 55, vil bare en begrenset fluidmengde kunne passere enden 78. Derved beskyttes pakningen mot den trykkforskjellen som prøver å presse pakningen ut av sporet. En fortsatt bakoverrettet bevegelse vil skje mot fjæren 32, med bevegelse av både ventillegemet 40 og holderen 20, hvorved hylseenden 78 beveges vekk fra skulderen 55. Derved opprettes det en fluidforbindelse mellom passasjen 16 og passasjen 24 via den bakre holdehylsen 28, den fremre holdehylsen 34, hullene 44 og ringrommet 46.

En komplementær hunnkoblingsdel (ikke vist), har en del beregnet for opptak av hanndelens sonde. Ventilelementet i hunnkoblingsdelen er for øvrig identisk med hanndelen som beskrevet foran.

Når koblingsdelene frigjøres fra hverandre vil aktiveringstappene i en første fase fremdeles ha kontakt med hverandre. Den svakere fjæren 70 holdes komprimert under påvirkning av den kraftigere fjæren 32 helt til hylsens 22 fremre ende 78 går mot skulderen 55. Derved stoppes ventilholderens 20 foroverrettede bevegelse og fluidforbindelser gjennom koblingen stenges. En ytterligere løsgjøring vil bevirke bevegelse av bare ventilelementet, påvirket av fjæren 70. Dette bringer pakningen 66 til kontakt med setet 54, hvorved den ønskede fluidtette forbindelse oppnås. Fluidtrykket mot baksiden av den bakre bærehylse 28 vil også bidra her. Fordi fjæren 22 er meget kraftigere enn fjæren 70 vil holderen 20 og ventilelementet 40 bevege seg sammen helt til ventilholderens fremre ende 78 treffer skulderen 55. Derved stopper ventilholderen 20 mens ventilelementet 40 presses videre forover under påvirkning av den sekundære fjær 70. Pakningselementet (pakningselementene) vil bevege seg ut fra under hylseenden og til kontakt med tetningsflaten 54, hvorved fluidstrømmen gjennom ventilen stenges.

Oppfinnelsen kan benyttes i enhver ventil hvor et ventilelement må beveges for åpning av en passasje mellom ledninger med ulike trykk og hvor det foreligger en fare for at pakningen kan presses ut av pakningssporet.

Claims (10)

1. Beskyttelsesarrangement for en ettergivende pakning i en ventil innbefattende et ventilsete (54) og et ventillegeme (40) innbefattende - et første pakningselement (76), hvilket første pakningselement (76) i en lukket tilstand av ventilen samvirker med ventilsetet (54), hvilket beskyttelsesarrangement innbefatter et beskyttelseselement (22) som er bevegbart forbundet med ventillegemet (40) mellom en første stilling i hvilken det dekker det første pakningselement (66) når ventilen er i en åpen stilling, og en andre stilling tilbaketrukket fra det første pakningselement (66) når ventillegemet (40) samvirker med ventilsetet (54), og - et andre pakningselement (68) som samvirker med den indre flaten (74) i beskyttelseselementet (22) i både åpen og lukket stilling av ventilen.

2. Beskyttelsesarrangement ifølge krav 1, karakterisert ved at et antall hull er anordnet i beskyttelseselementet (22).

3. Beskyttelsesarrangement ifølge krav 1, karakterisert ved at beskyttelseselementet (22) er en del av en ventilholder (20), hvilken ventilholder (20) har en bakre flate (84) beregnet for påvirkning av fluidtrykk.

4. Beskyttelsesarrangement ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at beskyttelseselementet (22) er forbundet med ventillegemet (40) ved hjelp av et ettergivende element (70).

5. Beskyttelsesarrangement ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at beskyttelseselementet er i form av en hylse (22) som omgir ventillegemet (40), hvilken hylse danner et holdeelement for det ettergivende element (70) plassert mellom ventillegemet (40) og hylsen (22).

6. Beskyttelsesarrangement ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det ettergivende element (70) innbefatter en fjær.

7. Bruk av beskyttelsesarrangement ifølge et av de foregående krav, i en undervannshydraulisk kobling.

8. Hanndel i en hydraulisk kobling, innbefattende et ytre rørformet legeme med en indre passasje (16) i legemets (2) lengderetning, hvilken indre passasje (16) har en ventilsetedel (54) utformet i en del av passasjen, og et forspent ventillegeme (40) er anordnet i passasjen (16), hvilket ventillegeme (40) innbefatter - et første pakningselement (66) for tetning mot legemets (2) setedel (54), og et aktiveringselement for aktivering av ventilen, idet en hylseinnretning (22) er forbundet med ventillegemet (40), plassert mellom ventillegemet (40) og det ytre legemet (2) og dannende et holdeelement for et ettergivende element (70), plassert mellom hylseinnretningen (22) og ventillegemet (40), hvilken hylseinnretning (22) er aksialt bevegbar i forhold til både legemet (2) og ventillegemet (40) mellom en første stilling som dekker det første pakningselement (26) og en andre stilling tilbaketrukket fra det første pakningselement (66), slik at pakningselementet (66) kan tette mot ventilsetet (54) i det rørformede legemet (2), og - et andre pakningselement (68) som tetter mot den indre flaten (74) i hylseinnretningen (22) i både den første og andre stillingen til hylseinnretningen (22).

9. Hanndel ifølge krav 8, karakterisert ved at hylseinnretningen (22) er festet til en annen hylse (34) som danner et holdeelement for et annet ettergivende element (32) mellom hylsen (34) og legemet (2).

10. Hanndel ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at forspenningen til det første fjærelementet (70) er mindre enn forspenningen til det andre fjærelementet (32).