NO329944B1 - Ringromstetning for ventil - Google Patents

Abstract

Ringromstetning (20) for en ventil, med hvilken strømningen av et fluid fra en høytrykksside (37) til en lavtrykksside (38) i ventilen er sperrbar i en sperrestilling, idet ventilen (1) oppviser en sylinder (9) som kan gjennomstrømmes av fluidet og i hvilken et stempel (12) er aksialt forskyvbart, og idet i sperrestillingen, ved hjelp av ringromstetningen (20), som er innlagt i et rundtgående spor (21) i sylinderen (9), et ringrom (1 9) mellom stempelet (1 2) og sylinderen (9) er tettbart. For å øke tettevirkningen til ringromstetningen (20), og særlig for å oppnå en selvforsterkning av tettevirkningen ved økning av trykkforskjellen mellom høy- og lavtrykkssiden og å sikre tettevirkningen både i den beregnede strømningsretningen og mot den beregnede strømningsretningen, foreslås å anordne to speilsymmetrisk i sporet (21) aksialt langs hverandre anordnede tetteringer (24, 25), slik at i sperrestillingen, på grunn av fluidet fra høytrykkssiden (37), en tetteleppe (27) på en første tettering (24, 25) som vender mot lavtrykkssiden kan trykkes fluidtett mot stempelet (12), og en tetteflate (29) på den første tetteringen (24, 25) kan trykkes fluidtett mot en sporvegg.

Description

Oppfinnelsen angår en ringromstetning for en ventil med hvilken strømningen av et fluid fra en høytrykksside til en lavtrykksside i ventilen kan sperres i en sperrestiIling, idet ventilen oppviser en sylinder som kan gjennomstrømmes av fluidet og i hvilken et stempel er aksialt forskyvbart, og hvor et ringrom mellom stempelet og sylinderen kan tettes i sperrestillingen ved hjelp av ringromstetningen som er lagt inn i et rundtgående spor i sylinderen, idet sporet på hver side oppviser en aksialt utragende, rundtgående nese, mens to tetteringer er anordnet speilsymmetrisk i sporet aksialt inntil hverandre, hvorved en tetteflate på en første tettering som vender mot lavtrykkssiden i sperrestillingen kan trykkes fluidtett av fluidet fra høytrykkssiden, mot en sporvegg.

Slike ringromstetninger for ventiler er alminnelig kjent. For eksempel angir publika-sjonen DE 37 31 349 Al en trapesformet ringromstetning som er lagt inn i et trapesformet spor og som ved hjelp av en fjaerring kan settes under forspenning. En reguler-ingsventil hvor det typisk anvendes en slik ringromstetning er f.eks. vist i publika-sjonen DE 29 29 389 Al.

De kjente ringromstetninger oppviser i sperrestillingen lekkasjestrømmer som i indu-strielle produksjons- og styringsprosesser tolereres stadig mindre av hensyn til kvali-tetssikring. Årsaken til disse lekkasjestrømmer er foruten slitasje og aldring av tette-elementene, de kjente ringromstetningers utilstrekkelige radiale reguleringsmulighet og manglende opprettholdelse av deres materialegenskaper ved endringer av drifts-temperaturen.

Dessuten er de kjente ringromstetninger, nettopp på grunn av lekkasjestrømmene, bare i meget begrenset grad egnet for sikring av delene i anlegget mot tilbakeslags-strømmer.

Den oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen er å foreslå en ringromstetning som sikrer tetning både i den beregnede strømningsretning og mot den beregnede strøm-ningsretning, og som særlig minsker lekkasjestrømmene selv ved forskjellige drifts-temperaturer.

Med utgangspunkt i den kjente ringromstetning løses denne oppgave i henhold til oppfinnelsen ved at i sperrestillingen kan en tetteskulder på den første tettering som vender mot lavtrykkssiden trykkes fluidtett av fluidet fra høytrykkssiden, mot den aksialt utragende, rundtgående nese i sporet, mens en tetteleppe på den første tettering som vender mot lavtrykkssiden kan trykkes fluidtett mot stempelet.

Todelingen av ringromstetningen i to tetteringer muliggjør en formoptimalisering med hensyn til selvforsterkning av tettevirkningen ved økende trykkforskjell mellom høy-trykkssiden og lavtrykkssiden. På grunn av den symmetriske utforming virker ringromstetningen i henhold til oppfinnelsen like effektivt i den beregnede strømnings-retning og mot den beregnede strømningsretning. Dessuten gir kombinasjonen av en tetteskulder og en rundtgående nese i sporet en økt tettevirkning mellom tetteringen og sporveggen i ventilhuset.

Tetteringene for ringromstetningen i henhold til oppfinnelsen oppviser med særlig fordel et C-profil, og i sperrestillingen kan C-profilet på den første tettering som vender mot lavtrykkssiden utvides av fluidet fra høytrykkssiden. På grunn av utvidelsen klemmes tetteringen i ringromstetningen i henhold til oppfinnelsen mellom sporbunnen og stempelets mantelflate, slik at tettevirkningen mellom tetteringen og sporbunnen, dvs. huset, og mantelen øker.

For økning av tettevirkningen tjener på særlig enkel måte også et overmål for ringromstetningen i henhold til oppfinnelsen i forhold til avstanden mellom stempel og sporbunn, slik at ringromstetningen kan legges inn i sporet med forspenning.

I en særlig foretrukket utførelsesform oppviser ringromstetningen i henhold til oppfinnelsen et stabiliseringselement som kan legges inn i retning av sporet med tetteringene. Et slikt stabiliseringselement består fortrinnsvis av et materiale med egenskaper som innen rammen av driftstemperaturene, bare gjennomgår meget små variasjoner. Ved mange anvendelsestilfeller har stål vist seg å være et materiale, hvis aldrings- og mediumbestandighet på generelt kjent måte kan økes ytterligere ved forskjellige legeringer og tilpasses kravene.

Særlig foretrekkes det at stabiliseringselementet er en torusformet, innleggbar skruefjær. Skruefjæren gjør det særlig mulig å forspenne tetteleppene på tetteringene radialt i retning av stempelet.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel og de vedføyde tegninger, på hvilke:

Fig. la viser i snitt en ventil med en ringromstetning i henhold til oppfinnelsen,

fig. lb viser området ved ringromstetningen i denne ventil,

fig. lc viser et mindre område ved ringromstetningen i denne ventil,

fig. 2 viser ringromstetningen i snitt, med delene adskilt,

fig. 3a viser stabiliseringselementet i ringromstetningen,

fig. 3b viser en annen avbildning av stabiliseringselementet,

fig. 4a viser detaljer ved ringromstetningen ved åpen ventil,

fig. 4b viser disse detaljer i sperrestiIling under normale trykkforhold,

fig. 4c viser disse detaljer i sperresti Iling ved strømning mot den beregnede strøm-ningsretning.

Fig. l viser en ventil 1 som strømningen av et ikke vist fluid fra et ventilinnløp 2 til et ventilutløp 3 i ventilen 1 kan reguleres med. Betegnelsene ventilinnløp 2 og ventilutløp 3 gjelder den beregnede strømningsretning 4 for fluidet gjennom ventilen 1, hvor det oppnås maksimale gjennomstrømningsrater og minimal slitasje i ventilen 1 i den her viste, åpne stilling av ventilen 1. Den som eksempel viste ventil 1 oppviser en nominell diameter på 127 - 609,6 mm, flensflater 6 i henhold til ANSI 900 RTJ for et nominelt trykk på 6,2 MPa ved i ventilinnløpet 2 og ventilutløpet 3, og en samlet lengde 7 på 1568 mm mellom flenflatene 6. Ventiler med prinsipielt samme konstruksjon med nominelle diametere på mellom 50,8 og 1219 mm for nominelle trykk på fra 1,03 til 17,2 MPa, anvendes for gjennomstrømningsregulering av f.eks. olje, gass eller vann eller av flerfaseblandinger. Alternativt kan ventilen også være utført i henhold til API-standarden.

I et støpt hus 8 har ventilen 1 en sylinder 9 som kan gjennomstrømmes av fluidet. Fluidet strømmer radialt inn i sylinderen 9 gjennom et parti utformet som et bur 10, og forlater denne og ventilen 1 i den beregnede strømningsretningen 4. Buret 10 er fast-gjort i huset 8 ved hjelp av en utløpshylse 11 på sylinderen 9, som er skrudd inn i huset 8 for ventilen 1 som en kontramutter.

Et stempel 12 er aksialt forskyvbart i sylinderen 9. Stempelet 12 har ingen endeflate, og er ved hjelp av radialt forløpende eker 13 fast forbundet med en aksialt forløpende stempelstang 14. Stempelstangen 14 oppviser en plan flate 15 som er skråfortannet i 45°, og som er i inngrep med en plan flate 16 på en radialt forløpende og radialt for-skyvbar vekslerstang 17 som likeledes er skråfortannet i 45°. En lineær radialbeveg-else av vekslerstangen 17 bevirker således en direkte hysterese- og klaringsfri, lineær aksialbevegelse av stempelstangen 14 og muliggjør derved en nøyaktig posisjonering av stempelet 12 i sylinderen 9.

Stempelet 12, stempelstangen 14 og vekslerstangen 17 er i enhver driftsstilling i kraft-likevekt. Uavhengig av de trykkforhold som opptrer er ventilen 1 ubegrenset reguler-bar og på ventilens side er reguleringsprosessens hastighet bare begrenset av masse-tregheten av stempelet 12, stempelstangen 14 og vekslerstangen 17.

Ved forskyvning av stempelet 12 i sylinderen 9 lukker mantelflaten 18 de ikke viste åpninger i buret 10 og sperrer derved i sperrestillingen strømmen av fluid gjennom ventilen 1.1 sperrestillingen kan det gjenværende ringrom 19 mellom mantelflaten 18 på stempelet 12 og sylinderen 9 tettes ved hjelp av en ringromstetning 20. Sylinderen 9 i sperrestillingen og ringrommet 19 mot sylinderen 9 dannet i denne stilling, er spesielt vist i detaljfremstillingene i fig. 4b og 4c.

Som det fremgår av detaljfremstillingene i fig. lb og lc ligger ringromstetningen 20 i et spor 21 som er rundtgående i sylinderen 9, og som er utformet mellom buret 10 og utløpshylsen 11. Ved hjelp av en leppetetning 23 anordnet i et annet spor 22 mellom buret 10 og utløpshylsen 11 er disse tettet i forhold til huset 8.

Ringromstetningen 20 som i fig. 2 er vist i et profilsnitt med delene adskilt, består i forhold til ventilen 1, av en indre tettering 24 og en speilsymmetrisk utformet, ytre tettering 25, som f.eks. består av PP og hvis fasong er stabilisert ved hjelp av et stabiliseringselement 26. Hver tettering 24, 25 oppviser en tetteleppe 27, som i sperrestillingen kan trykke fluidtett mot mantelflaten 18 på stempelet 12. Tetteleppen 27 grenser opp mot et C-profil 28 med en ytre tetteflate 29 som er tilpasset formen av sideveggen 30 i sporet og kan trykke fluidtett mot denne. C-profilet 28 danner under tetteleppen 27 en tetteskulder 31 som er tilpasset formen av en aksialt utragende, rundtgående nese 32 i sporet 21 og kan trykke fluidtett mot denne. C-profilet 28 ender i en nedre tettekant 33 som kan trykke mot sporbunnen 34 i sporet 21.

Stabiliseringselementet 26 i form av en torusformet skruefjær, er lagt inn mellom C-profilene 28 for tetteringene 24, 25. Skruefjærens vindinger er, som det fremgår av fig. 3a og 3b, skrådd i en vinkel 35 på omtrent 10° i forhold til skruefjærens lengde-akse 36. Skruefjæren kan derved legges inn mellom tetteringene 24, 25 når den er radialt sammentrykket (i forhold til stempelet 12), slik at det bevirkes en forspenning av tetteringene 24, 25 i radial retning. For monteringsformål er det i skruefjæren lagt inn en støttering S som bare er vist i fig. lc og 2.

Som vist i fig. 4a rager tetteleppene 27 ved åpen ventil 1 noe ut av sporet 21, så langt at de i sperrestillingen kommer i kontakt med mantelflaten 18 på stempelet 12 og lukker ringrommet 19 mellom mantelflaten 18 på stempelet 12 og sylinderen 9. I sperrestillingen vist i fig. 4b og 4c bevirker enhver økning av trykkforskjellen mellom ventilens ventilinnløp 2 og ventilutløp 3 en selvforsterkning av tettevirkningen for ringromstetningen 20 i henhold til oppfinnelsen.

I driftstilfellet vist i fig. 4b er trykket i ventilinnløpet 2 høyere enn i ventilutløpet 3 i sperrestillingen. I den beregnede strømningsretning 4 er dette det normale tilfelle, og med hensyn til bestemte trykk, er her høytrykkssiden 37 ved ventilinnløpet 2 og lavtrykkssiden 38 ved ventilutløpet 3. Mellom tetteringene 24, 25 oppstår det et trykkfall. I mellomrommet 39 mellom C-profilene 28 dannes først et midlere trykk som ligger mellom trykket på høytrykkssiden 37 og trykket på lavtrykkssiden 38.

Ved påvirkning av trykkforskjellen deformeres tetteringene 24, 25. Den indre tettering 24 blir radialt sammenklemt på grunn av det høyere trykk på høytrykkssiden 37 i forhold til det midlere trykk, legger seg mot stabiliseringselementet 26 og letter trykkut-ligningen mellom høytrykkssiden 37 og mellomrommet 39 mellom C-profilene 28 på grunn av ringrommet 19 som derved forstørres. Den ytre tettering 25 utvides radialt på grunn av det høyere midlere trykk i forhold til lavtrykkssiden 38, og/eller senere på grunn av trykket på høytrykkssiden 37, og legger seg med den ytre tetteflate 29 mot sporveggen 30, særlig med tetteskulderen 31 mot nesen 32 utformet på sporet 21.1 tillegg blir den ytre tettering 25 ved økende trykkforskjell trykket mot sporbunnen 34 med sin tettekant 33. På grunn av den radiale utvidelse øker dessuten trykket fra tetteleppen 27 på den ytre tettering 25 mot mantelflaten 18 på stempelet 12. Alt i alt øker derved tettevirkningen til ringromstetningen 20.

Det i fig. 4c viste driftstilfelle tilsvarer en som regel uønsket, men ved hurtige regule-ringsprosesser vanligvis opptredende tilbakeslagsstrømning mot den beregnede strøm-ningsretning 4. I forhold til det normale tilfelle som er vist i fig. 4b er høytrykkssiden 37 nå ved ventilutløpet 3, mens lavtrykkssiden 38 er dannet ved ventilinnløpet 2. På grunn av den speilsymmetriske utformning av ringromstetningen 20 blir den ytre tettering 25 radialt sammentrykket og den indre tettering 24 radialt utvidet. Også i tilfellet av en strømning mot den beregnede strømningsretning 4 blir således tetningen økt på grunn av ringromstetningen 20 i henhold til oppfinnelsen.

Liste over henvisningstall

Claims (6)

1. Ringromstetning (20) for en ventil (1) med hvilken strømningen av et fluid fra en høytrykksside (37) til en lavtrykksside (38) i ventilen (1) kan sperres i en sperresti Iling, idet ventilen (1) oppviser en sylinder (9) som kan gjennomstrømmes av fluidet og i hvilken et stempel (12) er aksialt forskyvbart, og hvor et ringrom (19) mellom stempelet (12) og sylinderen (9) kan tettes i sperrestillingen ved hjelp av ringromstetningen (20) som er lagt inn i et rundtgående spor (21) i sylinderen (9), idet sporet (21) på hver side oppviser en aksialt utragende, rundtgående nese (32), mens to tetteringer (24, 25) er anordnet speilsymmetrisk i sporet (21) aksialt inntil hverandre, hvorved en tetteflate (29) på en første tettering (24, 25) som vender mot lavtrykkssiden i sperrestillingen kan trykkes fluidtett av fluidet fra høytrykkssiden (37), mot en sporvegg (30), karakterisert vedat i sperrestillingen kan en tetteskulder (31) på den første tettering (24, 25) som vender mot lavtrykkssiden (38) trykkes fluidtett av fluidet fra høytrykkssiden (37), mot den aksialt utragende, rundtgående nese (32) i sporet (21), mens en tetteleppe (27) på den første tettering (24, 25) som vender mot lavtrykkssiden (38) kan trykkes fluidtett mot stempelet (12).

2. Ringromstetning (20) som angitt i krav 1, og hvor tetteringene (24, 25) oppviser et C-profil (28), idet C-profilet (28) på den første tettering (24, 25) som vender mot lavtrykkssiden (38) kan utvides i sperrestillingen, av fluidet fra høytrykkssiden (37).

3. Ringromstetning (20) som angitt i et av de foregående krav, og hvor det er et overmål i forhold til avstanden mellom stempelet (12) og sporbunnen (34), slik at ringromstetningen (20) kan legges inn med forspenning i sporet (21).

4. Ringromstetning (20) som angitt i et av de foregående krav, og som omfatter et stabiliseringselement (26) som med tetteringene (24, 25) kan legges inn i retning av sporet (21).

5. Ringsromstetning (20) som angitt i krav 4, og hvor stabiliseringselementet (26) er en torusformet, innleggbar skruefjær.

6. Ringsromstetning (20) som angitt i krav 4, og hvor tetteringene (24, 25) kan forspennes radialt i retning av stempelet (12) ved hjelp av stabiliseringselementet (26).