NO324856B1 - Servostyrt sikkerhetsventil for giftfluidbeholder - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en tett ventil, og mer bestemt en tett ventil for en beholder for transport av giftige fluider.

Det er kjent å bruke en ventil for å isolere innholdet i bevegelige beholdere fra utsiden, særlig innenfor feltet skinnetransport. Konvensjonelle ventiler som er ment for beholdere for transport av giftige væsker, så som HC1 eller BF3, er i form av et hus som er montert på beholderne, hvilket tilveiebringer forbindelsen mellom disse beholderne og de utvendige elementer. Dette huset omfatter et hulrom som står i forbindelse med

et utløp. Ventilen eller beholderen omfatter en innvendig ventil som stenger av innløpet til huset, hvilket tilveiebringer et første nivå for avtetting av beholderen mot fluidpassasje. Denne ventilen er eksempelvis laget i form av en tilbakeslagsventil. Den omfatter eksempelvis en kule som i stengt posisjon presses mot et tetingssete av en fjær. Denne ventilen plasseres eksempelvis i en fluid-passasjekanal, slik at den trykksatte gassen utøver en stengekraft på denne. Denne typen ventil omfatter en manøvreringsspindel som kan aktivere den innvendige ventilen for å tillate at fluid går ut. Utover en viss bevegelse, utøver spindelen en åpningskraft på den innvendige sikkerhetsventilen, hvilket frigjør passasjen for fluidet som befinner seg i beholderen, mot et utvendig element. En manuell innretning så som et ratt gjør det mulig å bevege denne spindelen langs sin akse. Innretningen for manøvrering av spindelen er plassert på utsiden av ventilhuset. Spindelen forløper derfor fra manøvreringsinnretningen til innsiden av ventilhuset. • i

Det er vanligvis tilveiebragt en pakkboks for å tette ventilhuset der hvor spindelen går-!» gjennom det. Denne pakkboksen består vanligvis av en stabel av PTFE-ringer som omgir spindelen. Disse ringene er ved hjelp av skruer komprimert langs spindelens akse, mellom et stopp på ventilhuset og en pakkboksbland. Den aksiale komprimering av ringene fører til radial utvidelse av disse ringene. Takket være den radiale utvidelse, kommer ringene i kontakt med spindelen, hvilket tetter husets hulrom mot utsiden.

Denne løsningen har ulemper. Ventilen kan ha lekkasjer, særlig når den blir betjent. Under betjening av ventilen, er sikkerhetsventilen åpen og fluid tillates derfor å passere inn i hulrommet i huset. Pakkboksen blir da utsatt for fluidtrykket, som kan nå 200 bar, og pakkboksen må tette hulrommet. Pakkboksinnretningen har nå regulære lekkasjer som er iboende for denne teknologien. Personell som er ansvarlig for å håndtere beholderne, som generelt inneholder skadelige produkter så som HC1, må betjene ventilen for å åpne den eller stenge den, og de er derfor utsatt for denne osen. Videre tillater ikke de manuelle styreenhetene styring av ventilens strømningsmengde med tilstrekkelig hastighet og nøyaktighet. Videre, hvis det nedstrøms ventilen er et lekkasjeproblem som krever umiddelbar avstenging av fluidet, er den manuelle styringen ikke et egnet middel. Videre kan en lekkasje i et slikt tilfelle ha en betydelig innvirkning på miljøet før en operatør er i stand til å gripe inn under passende omstendigheter.

Det har blitt foreslått å forsyne ventiloperatørene med beskyttende kjeledresser, men denne løsningen gjør det vanskeligere å betjene ventilen.

Oppfinnelsen tilveiebringer en løsning på disse forskjellige problemene; den tilveiebringer således en ventil for en fluidbeholder, omfattende et ventilhus som har en fluidpassasje, som videre omfatter en ventil for avstenging av fluidpassasjen, idet ventilen aktueres av aktueringselementet og plasseres slik at fluidet utøver en stengekraft på ventilen, et bevegelig aktueringselement som bevirker at fluidpassasjen åpnes og stenges i avhengighet av sin posisjon i forhold til huset, en mekanisme for å låse aktueringselementet i stengt posisjon, plassert ved en ende av aktueringselementet, en servomotor for bevegelse av aktueringselementet mellom posisjoner som tilsvarer åpning og stenging av fluidpassasjen, videre omfattende en mekanisme for å låse aktueringselementet i fluidpassasjens stengte posisjon, og en servomotorstyreinnretning som er plassert i en avstand fra ventilen.

Ifølge en variant, er låsemekanismen plassert ved en aksial ende av aktueringselementet.

Ifølge en annen variant, kan servomotoren motta et trykksatt styrefluid som beveger aktueringselementet.

Ifølge enda en annen variant, omfatter servomotoren et trykkammer som kan forbindes med en kilde for styrefluid og et stempel som er fastholdt i aktueringselementet, hvilken kan beveges i trykkammeret i samsvar med trykket i styrefluidet i trykkammeret.

I henhold til enda en annen variant, omfatter servomotoren en fleksibel membran som på en tett måte binder stemplet til trykkammeret..

Det kan gjøres foranstaltninger for at servomotoren omfatter en fjær som presser stemplet mot en stengt posisjon for fluidpassasjen.

I henhold til en variant, omfatter ventilen videre en magnetventil som mater servomotoren med styrefluid, idet denne magnetventilen er styrt av fjernstyreenheten.

Ifølge enda en annen variant, omfatter aktueringselementet et skaft som er montert slik at den bevege seg translatorisk i forhold til huset.

Oppfinnelsens gjenstand er også en beholder som omfatter en ventil i henhold til kravene.

Ifølge en variant inneholder beholderen et giftig fluid, fortrinnsvis HC1.

Andre karakteristiske trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil klart fremgå ved en gjennomlesing av en følgende beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen, gitt som et eksempel, og med henvisning til den ledsagende tegning, som viser: - figur 1, som er et skjematisk snittriss av en ventilsammenstilling i henhold tit' oppfinnelsen.

Oppfinnelsen tilveiebrinj Ider, særlig av den bevegelige typen, omfattende et aktueringselement som er forbundet til en servomotor. En styreenhet plassert i noe avstand fra ventilen styrer bevegelsen av aktueringselementet for valg av en åpen eller stengt posisjon.

Det følgende eksempel utdetaljerer en utførelse av en ventil i henhold til oppfinnelsen,,. Figur 1 er et skjematisk snittriss av en ventilsammenstilling i henhold til oppfinnelsen. Figuren viser en ventil 1 i stengt posisjon, omfattende et hus 2 montert på en beholder 13. Huset har en kanal 101 som står i forbindelse med beholderen, og det er også et hulrom 102 som står i forbindelse med et utløp 103 på huset. Videre har huset et stengeelement 6 som selektivt stenger fluidpassasjen mellom kanalen 101 og hulrommet 102. Et aktueringselement 3 passerer gjennom en vegg i huset fra utsiden, og strekker seg hovedsakelig over hele lengden av hulrommet 102. En av dets ender er plassert vendende rett mot stengeelementet 6. Aktueringselementet 3 er fastholdt til et bevegelig stempel 8 i en servomotor 4. Stemplet 8 kan beveges i et trykkammer 7 i servomotoren 4. Trykkammeret 7 har et fluidinnløp 114 som er forbundet til en magnetventil 12. Denne magnetventilen 12 er styrt av en styreenhet 5 som er plassert i avstand fra ventilen.

Ventilen 1 omfatter således et hus 2. Huset er på en tettet måte festet til beholderen 13. Huset kan således boltes eller skrus til en plate på beholderen, fortrinnsvis under innsetting av en tetning mellom platen og huset. Bolten som brukes kan være av høyfast type. Det er også mulig å bruke bolter med begrenset hardhet, for å forhindre sprøhet ved korrosjson, idet denne korrosjonen er særlig følsom overfor kontakt med hydrogen.

Det er mulig å bruke en bestemt type tetning mellom platen og ventilen eller mellom platen og beholderen. Det er således mulig å tenke seg bruk av en dobbelt tetning av metall/PTFE av spiral-viklet type. Tetningen og sikkerheten blir dermed forbedret.

Huset kan være laget av materialer så som karbonstål, rustfritt stål, austenittisk rustfritt

stål eller fra en nikkelbasert legering. Disse materialene har særlig gode korrosjons-bestandighetsegenskaper. Det kan også lages av ethvert materiale som har gode mekaniske egenskaper og fortrinnsvis god korrosjonsbestandighet. Husets kanal 101 er plassert vendende mot en åpning i beholderen. Fluidet i beholderen står således i forbindelse med kanalen 101. Huset omfatter videre stengeelementet 6, i form av en ventil, som i fluidpassasjens stengte posisjon stenger forbindelsen mellom husets kanal 101 og hulrom 102. Ventilen 6 omfatter et ventilendestykke 104 og en fjær 106 (et sfærisk hode kan også brukes som et ventilendestykke). Når fluidpassasjen er i stengt posisjon, presser fjæren 106 ventilendestykket 104 mot et ventilsete 105 som er tildannet på huset 2. Ventilen 6 tilveiebringer således i denne posisjon en tetning mellom kanalen 101 og hulrommet 102.

Hulrommet 102 står i forbindelse med utløpet 103. Dermed, når passasjen mellom kanalen 101 og hulrommet 102 er i åpen posisjon, kan fluid fra beholderen strømme suksessivt gjennom kanalen 101 og hulrommet 102, opptil utløpet 103. Utløpet kan være forsynt med en plugg for å tette det eksempelvis under transport eller lagring av beholderen. Denne pluggen kan ha en gjenge som samvirker med en korresponderende gjenge på huset. Pluggen kan også monteres på huset ved enhver tilsvarende tett feste-anordning.

I den viste utførelse har aktueringselementet 3 form av et langstrakt skaft. Aktueringselementet kan være montert slik at det kan bevege seg translatorisk i forhold til huset.

Det kan således beveges i retningen vist med pilen på figur 1. Aktueringselementet har ved en av sine ender et hode 107 plassert vendende rett mot ventilendestykket 104. Når aktueringselementet er beveget i pilens retning, kommer hodet 107 således i kontakt med ventilendestykket 104. Hodet 107 virker da direkte på ventilendestykket 104, for'å åpne fluidpassasjen. Aktueringselementet kan være laget av et korrosjonsbestandig materiale. Det kan således være laget av et karbonstål, et rustfritt stål eller av en nikkel-legering.

I den viste utførelse går aktueringselementet gjennom en vegg i huset. En pakkboks 110 kan for å tette ventilhuset være plassert rundt aktueringselementets gjennomgående passasje. Denne pakkboksen kan være laget med en stabel av PTFE-ringer som omgir aktueringselementet. Denne pakkboksen 110 kan plasseres i en pakkboksstøtte 111 som er forbundet til huset. Denne støtten 111 kan også ha lagerflater 112 og 113. Støtten 111 kan således styre aktueringselementet i forhold til huset.

En servomotor 4 er plassert over ventilhuset. Den omfatter trykkammeret 7, hvor stemplet 8 er plassert. Stemplet 8 er fastholdt til aktueringselementet i retningen vist med pilen. Stemplet kan således utøve en kraft på aktueringselementet i denne retningen. Stemplet kan være forbundet med trykkammeret ved hjelp av en fleksibel membran 9. Stemplet kan således bevege seg i forhold til trykkammeret.

Trykkammeret kan være laget av karbonstål, rustfritt stål eller duktilt støpejern. Stemplet kan også være laget av rustfritt stål eller karbonstål. Membranen kan være laget av en elastomer eller av en fleksibel plast på en spesielt tettet trådduk.

En eller flere fjærer 10 presser stemplet 8 mot fluidpassasjens stengte posisjon. Dermed unngås tilfeldige ristinger under transport, som eksempelvis kan forårsake bevegelse av aktueringselementet. Fluidpassasjens stengte posisjon blir dermed opprettholdt, hvilket forhindrer tilfeldige lekkasjer fra ventilen.

Trykkammeret har en kanal 114, gjennom hvilken det kan settes i forbindelse med en trykksatt kilde for styrefluid. En plugg 116 kan dermed forbinde kanalen 114 med en kanal som kommer fra kilden for styrefluid. Når et trykksatt fluid føres inn i trykk-kammeret 7, utøver styrefluidet en kraft på stemplet. Denne kraften tillater at stemplet og spindelen beveger seg mot en for fluidpassasjen åpen posisjon.

Kanalen 114 kan være forbundet med en magnetventil 12. Trykkammeret står dermed i forbindelse med et styrefluid som tilføres av magnetventilen. Det kan brukes en magnetventil med to tilstander, for selektiv mating av trykkammeret enten med et styrefluid som befinner seg ved et styretrykk, for oppnåelse av en forhåndsbestemt åpning, eller med et styrefluid som befinner seg ved atmosfærisk trykk. Siden responstiden til en magnetventil generelt er kort, blir den tid som er nødvendig for å veksle mellom åpen posisjon og stengt posisjon av fluidpassasjen dermed redusert. Det er mulig å bruke et styrefluid i gassform, så som luft eller nitrogen. Styrefluidet i gassform brukes fortrinnsvis ved et trykk under 10 bar. Det er også mulig å velge et flytende styrefluid, så som olje eller en lavkomprirherbar væske, så som bremsefluid for motorkjøretøyer. Det trykksatte styrefluidet kan eksempelvis tilføres fra en trykksatt gassbeholder eller fra en kompressor.

En servomotorstyreenhet, plassert i noe avstand fra ventilhuset, styrer magnetventilens tilstand. Denne styreenheten er fortrinnsvis plassert i et sikkert ytre område. Denne styreenheten sender et signal til åpning eller stenging av magnetventilen. Denne styreenheten kan for eksempel plasseres i en avstand på 20 meter fra ventilhuset eller i, en passende avstand for å gjøre det mulig for en operatør å bli isolert fra eventuelle lekkasjer fra ventilhuset eller fra beholderen. Den kan også plasseres i en kabin som eli isolert fra beholderen. Denne styreenheten kan generere et elektrisk styresignal som overføres til magnetventilen via en elektrisk ledning. Det er også mulig å benytte enhver passende styreeenhet, så som en radiostyreenhet eller en styring som skjer via mekanisk kabel.

Ifølge en utførelse omfatter aktueringselementet 8 og et fremspring 109, som er beregnet til samvirke med et sete 108 som er tildannet i ventilhuset. Aktueringselementets fremspring står i kontakt med husets sete når fluidpassasjen er i stengt posisjon. Kombinasjonen av fremspringet 109 og setet 108 tilveiebringer således ekstra tetting i ventilen.

Ventilen kan videre ha en mekanisme for å låse aktueringselementet i stengt posisjon. Denne låsemekanismen kan frembringes ved å fremstille en gjenge på en ende av aktueringselementet og feste en knapp 11 som har en motsvarende gjenge på denne.

Låsemekanismen kan for eksempel fremstilles på en aksial ende av aktueringselementet, og fortrinnsvis på en aksial ende av den utadragende aktueringsspindelen. Knappen kan ha blitt skrudd inntil den kom til et stopp, for eksempel på servomotoren, og den hindrer således en eventuell bevegelse av aktueringselementet. Låsemekanismen kan dermed opprettholdes selv når en trykksatt gass føres inn i trykkammeret. Det er også mulig å sette på plass en pinne 115 som fester knappen 11 til servomotoren og holder knappen på plass. Det er således ikke sannsynlig at knappen blir skrudd ut under virkning av eventuelle vibrasjoner. Fluidpassasjen kan dermed på en enda sikrere måte holdes i stengt posisjon.

Ifølge en annen variant, er det ved hjelp av en plate som fastholdes til aktueringselementet mulig å fremstille stemplet med en hovedsakelig sirkulær form, og la det omfatte en tetning ved sin omkrets. Tetningen, uansett om det er en O-rings-tetning eller en leppetetning, tetter platen i forhold til trykkammeret.

Ifølge enda en annen variant, er det mulig å bruke en magnetventil, med en åpning som kan justeres for å variere trykket i styrefluidet som tilføres trykkammeret. Det er dermed mulig å justere bevegelsen til aktueringselementet. Strømningsmengden til fluidet i fluidpassasjen kan dermed justeres til en ønsket verdi.

Bruken av ventilen i figur 1 vil nå bli utdetaljert. En operatør stiller styreenheten i posisjon for åpen fluidpassasje. Magnetventilen mottar styresignalet, og setter deretter trykkammeret i forbindelse med det trykksatte styrefluidet. Når aktueringselementet ikke er låst, virker trykket i styrefluidet på stemplet og membranen. Stemplet og aktueringselementet beveger seg deretter i den retning som er vist med pilen i figur 1. Aktueringselementets hode kommer igjen i kontakt med ventilendestykket 104. Om nødvendig forflyttes aktueringselementets fremspring 109 fra setet 108. Ved fortsatt bevegelse av aktueringselementet løftes ventilendestykket bort fra setet 105. Kanalen 101 og hulrommet 102 er dermed satt i forbindelse. Fluidet må dermed strømme til utløpet 103.

Når en bruker stiller styreenheten til posisjonen for stengt fluidpassasje, sendes et styresignal til magnetventilen. Magnetventilen setter da trykkammeret i forbindelse med et styrefluid ved atmosfærisk trykk eller ved et trykk som er utilstrekkelig til å holde fluidpassasjen i åpen posisjon. Kraften som utøves på stemplet av fjæren 10 er større enn kraften som utøves av styrefluidet. Stemplet beveges dermed i retning motsatt pilen. Aktueringselementets hode beveges dermed inntil det ikke lenger utøver en kraft på ventilendestykket. Fjæren 106 presser ventilendestykket 104 mot ventilsetet 105. Forbindelsen mellom kanalen 101 og hulrommet 102 er dermed brutt, og fluidpassasjen. er derfor i stengt posisjon.

Ifølge en variant av en magnetventil med en justerbar åpning, kan brukeren som en funksjon av styrefluidtrykket som leveres av magnetventilen styre en mellomliggende åpning i fluidpassasjen. Strømningsmengden i fluidpassasjen kan dermed raskt modifiseres. En ventil av denne type kan også ha en nødstengeposisjon ved styrenivå, for å stenge ventilen på et minimum av tid.

Oppfinnelsen vedrører også en beholder hvor det er montert en ventil som beskrevet ovenfor. Denne beholderen, med sfærisk eller sylindrisk form, omfatter generelt en fastskrudd eller fastboltet åpning hvor ventilen er plassert. Ventilen kan monteres på beholderen med enhver type av egnede anordninger. Den kan således monteres ved den ovennevnte åpning ved hjelp av skruing, som beskrevet ovenfor. En slik beholder *? motstår fortrinnsvis trykk som er større enn 50 bar. Videre er det ønskelig å fremstillet en beholder som motstår trykk som er større enn 100 bar. Beholderen kan eksempelvis være laget av stål eller fra ethvert materiale som har gode mekaniske egenskaper, og fortrinnsvis god korrosjonsbestandighet.

Det er således mulig å bruke en slik beholder i form av en bevegelig beholder for transport av trykksatte giftige fluider, særlig for transport av fluider så som HC1.

Den foreliggende oppfinnelse er selvsagt ikke begrenset til de beskrevne og viste eksempler og utførelser, idet den kan oppvise mange varianter som er tilgjengelig for eh fagperson innen området.

Claims (10)

1. Ventil (1) for en fluidbeholder (13), innbefattende: - et ventillegeme (2); - med en fluidpassasje (101,102); - videre innbefattende en ventil (6): - for stengning av fluidpassasjen, - plassert slik at fluidet utøver en stengekraft på ventilen; - et bevegelig aktueringselement (3) innbefattende et skaft som er montert slik at det kan beveges translatorisk i forhold til huset (2), idet ventilen blir aktuert av det bevegelige aktueringselementet til å åpne fluidpassasjen; karakterisert ved at den videre innbefatter: - en servomotor (4) som beveger aktueringselementet (3) mellom posisjoner tilsvarende åpning og stengning av fluidpassasjen;mekanisme for låsing av aktueringselementet i stengt posisjon, plassert i en ende av aktueringselementet; - en servomotorstyreenhet (5) plassert i noe avstand fra ventilen, og - for bevegelse av aktueringselementet (3) mellom posisjoner korresponderende til åpning og stenging av fluidpassasjen; - en mekanisme for låsing av aktueringselementet (3) i den stengte posisjon for fluidpassasjen, plassert i en ende av aktueringselementet (3).

2. Ventil i henhold til krav 1, karakterisert ved at låsemekanismen er plassert ved en aksial ende av aktueringselementet (3) som rager utover.

3'. Ventil i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at servomotoren (4) er i stand til å motta et trykksatt styrefluid for bevegelse av aktueringselementet.

4. Ventil i henhold til krav 3, karakterisert ved at servomotoren innbefatter: - et trykkammer (7) som er i stand til å forbindes med en kilde (12) for styrefluid; - et stempel (8) integrert med aktueringselementet, som kan bli beveget i trykkammeret i henhold til trykket til styrefluidet i trykkammeret.

5. Ventil i henhold til krav 4, karakterisert ved at servomotoren innbefatter en fleksibel membran (9) som på en tettet måte forbinder stemplet til trykkammeret.

6. Ventil i henhold til krav 4 eller 5, karakterisert ved at servomotoren omfatter en fjær (10) som presser stemplet mot en stengt posisjon for fluidpassasjen.

7. Ventil i henhold til ett av kravene 3 til 6, karakterisert v e d at den videre innbefatter en magnetventil (12) som mater servomotoren med _ styrefluid, idet magnetventilen blir styrt av fjernstyreenheten (5).

8- Ventil i henhold til ett av kravene 1 til 7, karakterisert ved at aktueringselementet også innbefatter et fremspring (109), beregnet for samvirke med et sete (108) laget i ventillegemet, idet fremspringet (109) står i kontakt med setet (108) når fluidpassasjen er i den stengte posisjon.

9. Beholder (13), karakterisert ved å innbefatte en ventil (1) i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav.

10. Bruk av beholderen i henhold til krav 9, karakterisert v e d at den inneholder et giftig fluid, fortrinnsvis HC1.