NO328078B1 - Trykkventil - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en trykkventil for utligning av trykkdifferanser mellom en lukket beholder eller tank og den omgivende atmosfæren. Spesielt vedrører oppfinnelsen en trykkventil for bruk i forbindelse med et lasterom eller en tank i et fraktskip. Imidlertid egner oppfinnelsen seg også for bruk i forbindelse med stasjonære tanker eller tanker understøttet av hjul.

US-A-5 050 639 beskriver et skip som har en overstrømningsventil med en magnet og

et magnetiserbart legeme og en separat lufteventil.

US-patent nr. 5.873.384 tilhørende søkeren, og som er inkorporert heri i sin helhet som referanse, beskriver en trykkventil av typen angitt i ingressen i krav 1.

Når en tank blir lastet med et gitt væskevolum pr. tidsenhet, åpner trykkventiler av denne typen når gasstrykket i tanken når et forhåndsdefinert åpningstrykk, og et gassvolum pr. tidsenhet som tilsvarer produktvolumet lastet pr. tidsenhet pluss eventuell fordamping fra væskeoverflaten i tanken må da blåses ut. Det utblåste volumet pr. tidsenhet avhenger av strømningsmotstanden i ventilen og av trykket som råder i tanken. Det maksimale utblåste volumet pr. tidsenhet minus eventuell fordampning, som kan oppstå uten at trykket i tanken overskrider en gitt sikkerhetsterskelverdi Pm», blir betegnet som kapasiteten for trykkventilen. Kapasiteten for trykkventilen bestemmer det maksimalt tillatte lastede volumet pr. tidsenhet. Når, ved avbrudd i lastingen, faller trykket i tanken til en viss verdi, dvs. lukkingstrykket til trykkventilen, som er lavere enn åpningstrykket, lukker trykkventilen. I de tidligere kjente trykkventiler er lukkingstrykket vesentlig lavere enn åpningstrykket. I tillegg fører eventuell økning eller reduksjon av omgivelsestemperaturen under lagring eller transport av for eksempel petroleumsprodukter eller kjemikalier til fordampningstap (boiling-off) som kan føre til trykkendringer i beholderen, som i dette tilfellet vil få trykkventilen til å åpne og lukke på fundamentalt sett på samme måte som under lasting og avlasting/lossing.

En annen bruk av trykkventiler er når det av sikkerhetsgrunner er påkrevd å tilføre en inert gass, slik som nitrogen, til det frie rommet i beholderen over produktet som blir transportert. For eksempel kan produktet være en brennbar væske eller materiale, slik som appelsiner og sitroner, som avgir brennbare gasser etter langvarig lagring. Den inerte gassen blir automatisk holdt ved et forhåndsbestemt trykk som kan være over atmosfæretrykket, men under åpningstrykket for trykkventilen. I dette tilfellet vil eventuell stigning eller fall i omgivelsestemperaturen gi opphav til en tilsvarende endring i trykket til inertgassen i beholderen, slik at trykkventilen må åpne.

I de tidligere kjente trykkventiler har det blitt funnet ut at differansen mellom åpningstrykket til ventilen og lukkingstrykket, grunnet konstruksjonen til trykkventilen, er for stor til at trykkventilene kan være optimalt egnet for bruk ved transport av visse materialer. Det er således formålet med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en trykkventil av den ovennevnte type, hvor differansen mellom åpningstrykket og lukkingstrykket kan bli redusert til ca. 10 til 20% av lukketrykket. Når for eksempel frukt blir transportert, er det dermed mulig å oppnå en reduksjon av mengden inertgass som må tilføres når omgivelsestemperaturen faller, etterfulgt av innledende utblåsning gjennom trykkventilen.

Dette blir oppnådd ved trekkene angitt i karakteristikken i krav 1.

Med utførelsesformene angitt i de avhengige kravene, oppnås en spesielt egnet konfigurasjon av den karakteristiske kurven for trykkventilen under åpningsforløpet. Spesielt med trekkene angitt i krav 10 oppnås en vesentlig reduksjon av differansen mellom åpningstrykket og lukkingstrykket. Relasjonene gitt i krav 10 bør etterkommes over hele bevegelsesområdet for løfteplaten.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart mer detaljert med henvisning til utførelsesformen vist i tegningen.

Figur 1 viser en trykkventil i henhold til den foreliggende oppfinnelse, sett i tverrsnitt og i den lukkede tilstand for ventilen;

figur lb er et snittriss av trykkventilen vist i figur la;

figur 2 viser en trykkventil av den generelle typen vist i figur la, i den åpne tilstand for ventilen;

figur 3 viser karakteristiske kurver for to ulike trykkventiler konfigurert i henhold til oppfinnelsen; og hvor det overatmosfæriske trykket som råder i beholderen er vist som en funksjon av gass volumet som strømmer ut gjennom trykkventilen;

figurene 4a og b viser den samme typen karakteristiske kurver for to tidligere kjente trykkventiler, inkludert en tidligere kjent trykkventil vist i figur 4c.

I figur la blir henvisningstallet 1 benyttet for å vise et vertikalt orientert ventilhus som i bunnen har en flens 5 ved hjelp av hvilken ventilhuset 1 kan bli boltet til en trykkav-lastningsstubb på en gassfylt beholder, for eksempel en tank eller et lasterom på en skip, eller til den øvre enden av et trykkavlastningsrør som er koplet til en eller flere slike beholdere.

Trykkventilen 1 har en rørformet vegg 2 som definerer en gjennomgående strømnings-passasje 3 med en utstrømningsåpning 11, slik at gass i den underliggende beholderen kan unnslippe til den frie atmosfæren under bestemte trykkforhold. Strømnings-passasjen 3 har fortrinnsvis et sirkulært tverrsnitt, men andre tverrsnittskonfigurasjoner kan bli valgt, for eksempel inkludert et rektangulært tverrsnitt. Om ønskelig kan en sideåpning være tilveiebrakt i den rørformede veggen 2, til hvilken en vakuumavlast-ningsventil 7 er tilkoplet som ikke utgjør en del av oppfinnelsen.

I utstrømningsåpningen 11 er et ringformet ventilsete 13 montert som er konfigurert for å samvirke med en ventilplate 15 på den nedre overflaten av et ventillegeme 14. Ventillegemet 14 er bevegelig opplagret for å være forflyttbart mellom den fullstendig åpne tilstand for trykkventilen og den lukkede tilstand for trykkventilen. Egnede stopper-elementer tjener til å begrense bevegelsen til ventillegemet 14. 1 figur la er trykkventilen vist i den lukkede tilstand hvor ventilflaten 15 ligger tett an mot ventilsetet 13. Ventilsetet 13 og ventilflaten 15 kan fortrinnsvis ha en konisk form, og ventillegemet 14 har fortrinnsvis et overflateparti 16 som, på konvensjonell måte, er konfigurert for å tillate en strøm av gass å strømme fra beholderen og oppover rundt ventillegemet 14 for å bli kombinert til en aggregert oppoverorientert gasstråle over ventilhuset 1. Dermed blir gjeldende sikkerhetsbestemmelser tilfredsstilt. Av den grunn har ventillegemet 14 fortrinnsvis den viste, dråpeliknende form.

Til ventillegemet 14 er det stivt innfestet et stangformet forbindelseselement 6 som strekker seg ned gjennom ventilhuset 1. Forbindelseselementet 6 blir ført i styringer 30, 32, og blir forskjøvet langs strømningspassasjen 3. På forbindelseselementet 6 er det solid montert et lodd 12 og en løfteplate 21, og der det mellom løfteplaten 21 og veggen 2 er en spalte 22. Når strømningspassasjen 3 i dette området har et sirkulært tverrsnitt, kan løfteplaten være konfigurert som en skive, slik at spalten 22 blir ringformet.

Fortrinnsvis er løfteplaten 21 konfigurert med en uavbrutt overflate, slik at gass i strømningspassasjen 3 strømmer rundt løfteplaten 21 til området over løfteplaten 21 gjennom spalten 22. Imidlertid er det ikke noe hinder for at løfteplaten 21 kan ha et antall gjennomgående kanaler. Det som teller er at løfteplaten 21 på tvers av strømningspassasjen 3 definerer et areal A2 (se figur lb) som gir opphav til et trykktap i en gasstrøm i strømningspassasjen 3.

Som vist i figur la, innbefatter trykkventilen også en aktuatorenhet 4 for tilveiebringelse av en styrebevegelse av forbindelseselementet 6 og således av ventillegemet 14. Aktuatorenheten kan bli operert fra utsiden av ventilhuset 1 ved hjelp av et ikke vist håndtak.

I tilknytning til forbindelseselementet innbefatter trykkventilen også en magnet 8 som, slik et er vist, kan være montert i strømningspassasjen 3 under løfteplaten 21, og et magnetiserbart legeme 9 som er konfigurert til å være i stand til å samvirke med magneten 8 i den lukkede tilstand for trykkventilen. Magneten 8 og legemet 9 kan valgvis være plassert i området ved utstrømningsåpningen 11, som er fortrukket når det er behov for å oppnå regelmessig adkomst til magneten 8. Denne kan enten være en permanent magnet eller for eksempel en elektromagnet.

I den lukkede posisjonen vist i figur la påvirker ventillegemet 14 ventilsetet 13 med en nedoverrettet anleggskraft Fc som inneholder bidrag fra massen til ventillegemet 14, massen til forbindelseselementet 6, massen til loddet 12, massen til enten magneten 8 eller legemet 9, avhengig av hvilke av disse delene som er montert på forbindelseselementet 6, og fra tiltrekningskraften Fm mellom magneten 8 og legemet 9. Anleggskraften Fc skal således forstås å være kraften som holdes trykkventilen lukket, dvs. trykkventilens lukkekraft. Det er i figur la vist hvordan anleggskraften Fc kan bli endret ved for eksempel å variere posisjonen i forhold til hverandre for magneten 8 og legemet 9, idet en spalte 10 med en gitt størrelse valgvis er tilstede i den lukkede posisjonen for trykkventilen.

Når trykket i beholderen stiger til over atmosfærisk trykk, vil slikt trykk, grunnet spalten 22, også råde i rommet mellom løfteplaten 21 og ventillegemet 14. Trykket i dette rommet er dermed likt trykket inne i beholderen, og trykket påvirker den øvre overflaten og den nedre overflaten av løfteplaten 21 med den samme kraften. Så lenge overatmosfærisk trykk ikke gir opphav til en oppoverrettet kraft på ventillegemet 14 som overskrider trykkventilens lukkingskraft Fc, vil trykkventilen forbli i den lukkede tilstand. Den oppoverrettede kraften på ventillegemet 14 kan bli bestemt som det overatmosfæriske trykket i beholdere multiplisert med arealet Ai til åpningen 11 i strømningspassasjen, se figur lb.

Når det overatmosfæriske trykket overskrider trykkventilens lukkingskraft Fc, åpner trykkventilen. Utstrømningen av gass får trykket på overflaten av løfteplaten 21 som vender mot åpningen til å falle. Den oppoverrettede bevegelsen av ventillegemet 14

mot den fullstendig åpne posisjonen for trykkventilen blir da i en viss utstrekning styrt av kraften utøvd av den strømmende gassen på den nedre overflaten av løfteplaten 21. Denne påvirkningen kan bli bestemt som det overatmosfæriske trykket i beholderen multiplisert med løfteplatens areal A2. Siden dette arealet overskrider utstrømnings-åpningens 11 areal Ai, øker løftekraften fra gassen på løfteplaten 21, og bevegelses-hastigheten for løfteplaten 21 og således for ventillegemet 14 i en retning mot den fullstendig åpne tilstand for trykkventilen øker.

I figur 2 er trykkventilen vist i sin fullstendig åpne tilstand, hvor ventillegemet 14 blir holdt i den åpne posisjonen av den strømmende gassen. Den nedoverrettede kraften på ventillegemet 14 inneholder bidrag fra massen til ventillegemet 14, massen til forbindelseselementet 6, massen til loddet 12, massen til enten magneten 8 eller legemet 9, avhengig av hvilke av de to delene som er montert på forbindelseselementet 6. Tiltrekningskraften Fm mellom magneten 8 og legemet 9 bidrar ikke vesentlig så snart ventillegemet 14 har beveget seg litt vekk fra posisjonen vist i figur 1.

I den viste, åpne posisjonen tillater trykkventilen utstrømning av et gitt gassvolum pr. tidsenhet som en funksjon av trykket inne i beholderen. Denne mengden avhenger av dimensjonene til trykkventilen, og blir valgt i overensstemmelse med beholderens størrelse, hvorved det sikres at gass rommet i beholderen blir tillatt å strømme ut før det overatmosfæriske trykket overskrider en kritisk verdi for beholderen. Det skal bemerkes at ventillegemet 14 kari være konfigurert med et i nedoverretning åpent hulrom som, i en liten utstrekning, bidrar til å holde trykkventilen i den åpne posisjon. Videre kan, i henhold til en utførelsesform, trykkventilen være tilveiebragt med et antall ytterligere overliggende løfteplater 21' med minkende overflatearealer A2, som indikert i figuren.

For å muliggjøre, i en spesielt høy grad, at den ønskede virkningen for trykkventilen blir oppnådd, bør arealet A2 for løfteplaten 21 være mye mindre enn tverrsnittsarealet A3 for strømningspassasjen 3 i hele bevegelsesområdet for løfteplaten 21. Dette følger fra det frie gjennomstrømningsarealet (A3-A2) i strømningspassasjen 3 i arealet ved løfteplaten 21 som til enhver tid utgjør mellom ca. 25% og ca. 55%, fortrinnsvis mellom ca. 30% og ca. 50%, av arealet A3 i strømningspassasjen i arealet ved løfteplaten 21. Det henvises til figur lb. Selv om det i figur la er vist en utførelsesform i hvilken strømningspassasjen 3 blir smalere tilnærmelsesvis halvveis mellom sideåpningen til vakuumavlastningsventilen 7 og arealet ved utstrømningsåpningen 11, er det foretrukket at strømningspassasjen 3 har det samme tverrsnittsarealet over hele avstanden mellom sideåpningen til vakuumavlastningsventilen 7 og utstrømningsåpningen 11, dvs. at i dette arealet utgjøres den rørformede veggen 12 av et sylindrisk rør.

Til sammenligning viser figur 3 karakteristiske kurver for to ulike eksempler Vi og V2 på trykkventiler konfigurert som vist i figur la, men hvor det frie gjennomstrømnings-arealet (A3-A2) mellom beholderen og arealet over løfteplaten 21 har ulike størrelser. Det vil fremgå at bruk av magneten 8 gjør at utblåsning av et lite volum gir opphav til et beskjedent trykkfall i beholderen, og at kurvene fra dette punktet fortsetter med en relativt beskjeden helling til den stiplede kurven som gjenspeiler utblåsningsvolumet for en fullstendig åpen trykkventil.

For ventilen Vi gjelder at:

Mens for ventilen V2 gjelder at:

Kurvene A-B-C-G og G-C-B-D viser åpnings- og lukkingsforløpene, respektivt, for ventilen Vi, mens kurvene A-B-E-G og G-E-F viser åpnings- og lukkingsforløpene, respektivt, for ventilen V2. Punktene D og F representerer således trykkene ved hvilke de respektive trykkventiler igjen vil lukke. I begge tilfeller representerer punktet A det overatmosfæriske trykket i beholdere som får trykkventilen til å åpne.

Det vil fremgå av figur 3 at differansen forskjellen mellom åpningstrykket og lukningstrykket, dvs. mellom det overatmosfæriske trykket i punktene A og F og A og D, respektivt, utgjør fra 10%-20% av verdien for åpningstrykket A. Til en stor utstrekning vil dette bli oppnådd med tiltrekningskraften Fm til magneten 8 som definerer mellom ca. 20% og ca. 35% av kraften Fc.

Virkningen ved bruk, i henhold til oppfinnelsen, av en magnet i kombinasjon med en løfteplate er best vist ved sammenligning av forløpet mellom lukkingskurvene i figur 3 og forløpet for lukkingskurven for to konvensjonelle trykkventiler. Figur 4a viser lukkingskurven C-B-D for en trykkventil av typen vist i US-patent nr. 5.873.384, mens figur 4b viser lukkingskurven D-C-E for en tidligere kjent trykkventil av typen vist i figur 4c hvor det blir benyttet en magnet vist med henvisningstallet 8', men hvor en løfteplate ikke blir benyttet. Det vil fremgå at differansen mellom punktene A og E og A og D, respektivt, typisk tilsvarer mer enn 50% av trykkverdien i punktet A.

Med andre ord sikres det med oppfinnelsen at trykkventilen vil lukke når trykket inne i beholderen har falt med en relativt liten verdi. I tilstandene vist i figurene 4a og 4b vil en unødvendig stor utstrømning av gass rommet i beholderen oppstå før trykkventilen blir lukket. For en oljetanks vedkommende kan en uhensiktsmessig fordampning eller avkoking av væsken således oppstå. Alternativt kan det, i tilfelle beholderen blir benyttet for transport av frukt eller liknende som skal lagres i en atmosfære av inert gass, være nødvendig å tilføre en unødvendig stor tilleggsmengde av nevnte inertgass i løpet av natten når skipets skrog blir avkjølt.

Claims (11)

1. Trykkventil for sikring av en trykkutligning mellom en lukket beholder, spesielt et lasterom eller en tank på et fraktskip, og den omgivende atmosfæren, og innbefattende et ventilhus (1) med: en vegg (2) som definerer en strømningspassasje (3) med en oppoverrettet utstrømningsåpning (11) for gass i beholderen, og som motsatt av utstrømningsåpningen (11) kan tilkoples beholderen; et ventillegeme (14) anordnet i utstrømningsåpningen (11), hvilket ventillegeme har en overflatedel (16) som er egnet for samling av en gasstrøm som strømmer gjennom strømningspassasjen og rundt ventillegemet (14) for å danne en oppoverrettet stråle, idet ventillegemet (14) har en nedoverrettet ventilflate (15) konfigurert for anlegg mot et tilknyttet ventilsete (13) i utstrømningsåpningen (11) til ventilhuset (1) for å definere en lukket tilstand for trykkventilen; en løfteplate (21) som, i forhold til ventilsetet (13) er anordnet lengre ned i strømnings-passasjen (3), hvilken løfteplate (21) har et overflateareal A2 på tvers av strømnings-passasjen (3) som overskrider tverrsnittsarealet Ai til strømningspassasjen (3) ved ventilsetet (13); idet løfteplaten (21) er forbundet med ventillegemet (14) for å tillate den å bli beveget som en samlet ventilenhet mellom den lukkede tilstand og en tilstand i hvilken trykkventilen er åpen; og hvor trykkventilen er konfigurert slik at beholderen alltid er i forbindelse med området over løfteplaten (21);karakterisert vedat trykkventilen også innbefatter en magnet (8) og et magnetiserbart legeme (9); og at tiltrekningskraften Fm mellom magneten (8) og det magnetiserbare legemet (9) og massen til løfteplaten (21) bidrar til å definere anleggskraften Fc mellom ventillegemet (14) og ventilsetet (13) i den lukkede tilstand for trykkventilen.

2. Trykkventil i henhold til det foregående krav, karakterisert ved at strømningspassasjen (3) og utstrømningsåpningen (11) har et i det vesentlige sirkulært tverrsnitt; og at overflatedelen (16) av ventillegemet (14) er en omdreiningsflate.

3. Trykkventil i henhold til det foregående krav, karakterisert ved at løfteplaten (21) er konfigurert som en skive med en ytre diameter som overskrider diameteren for strømningspassasjen (3) ved ventilsetet (15).

4. Trykkventil i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at overflatedelen (16) av ventillegemet (14) er i det vesentlige dråpeformet.

5. Trykkventil i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at magneten (8) er fast montert inne i ventilhuset under løfteplaten (14); og at avstanden mellom magneten (8) og ventilenheten bestående av løfteplaten (21) og ventillegemet (14) kan bli variert.

6. Trykkventil i henhold til et hvilket som helst av de foregående kravene 1-4, karakterisert ved at magneten (8) er fast montert i ventillegemet (14); og at det magnetiserbare legemet (9) er anordnet i området ved utstrømningsåpningen (11), eller omvendt.

7. Trykkventil i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at løfteplaten (21) og ventillegemet (14) er stivt forbundet med et stangformet forbindelseselement (6); og at trykkventilen innbefatter en aktuatorenhet (4) for frembringelse av en styringsbevegelse av ventillegemet (14) mellom den åpne og lukkede posisjon.

8. Trykkventil i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det mellom veggen (2) og løfteplaten (21) er en fri passasje (22) hvor beholderen alltid er i forbindelse med området over løfteplaten (21).

9. Trykkventil i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at tiltrekningskraften Fm til magneten definerer mellom ca. 20% og ca. 35% av kraften Fc.

10. Trykkventil i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det frie gjennomstrømningsarealet (A3-A2) i strømningspassasjen (3) ved løfteplaten (21) utgjør mellom ca. 25% og ca.

55%, fortrinnsvis mellom ca. 30% og ca. 50%, av arealet A3 til strømningspassasjen ved løfteplaten (21).

11. Trykkventil i henhold til det foregående krav, karakterisert ved at forholdet (A1/A3) antar en verdi mellom 0,16 og 0,35, hvor A3 er tverrsnittsarealet for strømningspassasjen (3) i hele bevegelsesområdet for løfteplaten (21).