NO332488B1 - Nedihulls pakningstetning - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører et tetningsarrangement for en ventil og innbefatter et ventilelement (3) med et tetningselement (4), anordnet for anlegg mot et ventilsete (2) i en lukket ventiltilstand. Ventilelementet (3) har minst to deler, en første og andre del (31, 32), og hver av disse har en anslagsflate (310, 320). Anslagsflatene (310, 320) er anordnet vendt mot hverandre, og for anslag mot tilordnede tetningselementflater (41,42) på tetningselementet (4). I det minste en del (41) av ventilelementet (3) er anordnet bevegbart i forhold til en annen del (32) av ventilelementet (3), og den i det minste ene delen (31) av ventilelementet (3) innbefatter en trykkflate (311) som er eksponert mot et omgivende fluid i ventilens lukkede tilstand, med trykk mot tetningselementet (4) som respons på trykket i det omgivende fluidet.

Description

Tittel: Nedihulls pakningstetning

Foreliggende oppfinnelse vedrører et tetningsarrangement for en nedihullsventil.

I en brønn er det flere fluidbaner som må lukkes og åpnes avhengig av aktiviteten i brønnen. Det kan være høye temperaturer og trykk, abrasive fluider, etc. i en brønn som gjør en sikker operasjon av en ventil vanskelig. I tillegg kan det være temperatur- og trykkvariasjoner i brønnen, og en ventil bør kunne betjenes på en sikker måte innenfor et gitt område for både temperatur og trykk, slik at derfor tetningsarrangementet i forbindelse med en slik ventil må kunne tåle disse variasjonene og likevel gi en lukket ventil.

US 4953617 angår et apparat for å sette en plugg hvor pluggen er av en type som kan føres gjennom en smal diameter og som kan forsegle mot en relativt stor diameter ved hjelp av trykksatt fluid i et pakningselement. DE 2637028 viser en tetningsløsning med fjærbelastet tetning for tetning mellom to relativt bevegelige deler.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et tetningsarrangement med en lukket ventil for et relativt stort trykkområde, og dette oppnås ved et tetningsarrangement som angitt i patentkravene.

Foreliggende oppfinnelse vedrører et ventiltetningsarrangement. Ventilen innbefatter et ventilelement forsynt med et tetningselement, idet tetningselementet er anordnet for anlegg mot et ventilsete i ventilen i ventilens lukkede tilstand. Den lukkede ventilen stenger en fluidbane, mens fluidbanen vil være åpen og muliggjøre passering av fluid når ventilen er åpen.

Ifølge oppfinnelsen innbefatter ventilelementet minst to ventilelementdeler, nemlig en første del og en andre del. Ventilelementets første del er anordnet bevegbart i forhold til ventilelementets andre del. Både den første og den andre delen innbefatter en anslagsflate, idet disse er anordnet vendt mot hverandre og for anlegg mot korresponderende tetningselementflater på tetningselementet. Den første delen av ventilelementet innbefatter i tillegg en trykkflate som er eksponert mot et omgivende fluid i en lukket ventiltilstand, hvorved trykk overføres fra det omgivende fluidet, gjennom den første delen og til tetningselementet. Det omgivende fluidet er det fluidet som ventilen skal stenge for i fluidbanen. Den første delen blir, når ventilen beveges fra en åpen og til en lukket tilstand, beveget relativt den andre delen slik at derved anslagsflatene beveges mot hverandre. Denne bevegelsen av den første delen vil gi et trykk i tetningselementet som er plassert mellom anslagsflatene. I en lukket ventiltilstand beveges den første delen slik at anslagsflatene vil være i en initiell relativ posisjon som definert av utformingen av ventilelementet og ventilsetet, slik at det derved vil foreligge et initielt trykk i tetningselementet. Den første delen er i ventilens lukkede tilstand også bevegbart relativt den andre delen, slik at derved anslagsflatene kan beveges ytterligere mot hverandre, med tilhørende øking av trykket i tetningselementet. Denne ytterligere bevegelsen av den første delen vil være avhengig av fluidtrykket mot trykkflaten i den første delen i forhold til tetningstrykket i tetningselementet.

Med et slikt arrangement er det tilveiebrakt et tetningsarrangement i ventilen som er trykkfølsomt med hensyn til fluidet som omgir ventilen, idet en trykkøkning i fluidet eventuelt vil øke tetningstrykket i tetningselementet dersom dette overskrider det initielle trykket i tetningselementet. Dette fordi ventilelementets første del, som innbefatter trykkflaten, er anordnet bevegbart i forhold til den andre delen og tetningselementet er anordnet mellom den første og den andre delen, slik at derved en bevegelse av den første delen som følge av en trykkøkning vil medføre et økt trykk fra den første delen mot tetningselementet og derved et økt tetningstrykk i tetningsarrangementet. Tetningsarrangementet er således sikkert over et trykkområde i fluidet i den fluidbanen som ventilen skal lukke.

Ifølge et inventivt aspekt kan trykkflaten på den første delen ha et større areal som er eksponert mot fluidtrykket enn et areal av anslagsflaten som har kontakt med tetningselementet sett langs én akse. Det vil medføre at en trykkøkning i fluidet mot tetningselementet. Resultatet er at trykket i tetningselementet alltid vil være større enn fluidtrykket, slik at det derved oppnås en god avtetning av fluidbanen for et fluidtry kkområde.

Ifølge et annet aspekt kan ventilsetet være eksponert mot fluid som strømmer gjennom ventilen når ventilen er åpen.

Ifølge nok et aspekt kan anslagsflatene på de to delene av ventilelementet være utformet som vinkelanslagsflater i forhold til en sentral akse. Anslagsflatene kan ha et tverrsnitt med en delvis V-form. I én utførelse kan V-formens åpne ende være rettet vekk fra ventilsetet. Et slikt arrangement vil gi en svalehalesporutforming mellom ventilelementets første og andre del. I en annen utførelse kan V-formens åpne ende vende mot ventilsetet.

Ifølge nok et aspekt kan ventilelementets andre del innbefatte en føringsdel som har anlegg mot en glideflate på ventilelementets første del, slik at det derved muliggjøres relativ bevegelse mellom delene. Disse, føringsdelen og glideflaten, kan innbefatte midler for sammenholding av delene, men med mulighet for relativ innbyrdes bevegelse i én retning, og det kan eksempelvis dreie seg om en T-formet tunge og tilsvarende spor.

Ifølge nok et aspekt kan ventilelementets første del innbefatte en stoppeflate for anslag mot et stoppesete på et element som danner ventilsetet. Anslaget mellom stoppesetet og stoppeflaten vil hindre en ytterligere bevegelse av den første delen i én retning. Når ventilelementet er i en åpen tilstand, vil stoppeflaten og stoppesetet være anordnet med en innbyrdes avstand. Når ventilelementet beveges til lukking i ventilen, vil stoppeflaten få anslag mot stoppesetet og den første delen beveges slik at anslagsflatene på den første og den andre delen beveges mot hverandre, hvorved det tilveiebringes et trykk i tetningselementet. Når ventilen er lukket, vil det foreligge et initielt trykk i tetningselementet fordi den første delen trykkes mot tetningselementet som følge av samvirket mellom stoppflaten og stoppsetet, og den andre delen presses mot tetningselementet fra den motsatte siden som følge av ventilelementets bevegelse fra en åpen og til en lukket stilling.

Ifølge nok et aspekt av oppfinnelsen kan ventilelementets andre del innbefatte en beskyttende seksjon. Denne beskyttelsesseksjonen er anordnet oppstrøms for den

første delen i en normal strømningsretning gjennom ventilen. Beskyttelsesseksjonen er utformet for dekking av i det minste en del av trykkflaten på den første delen mot fluidstrømmen gjennom ventilen når ventilen er åpen. Beskyttelsesseksjonen er også utformet slik at fluid kan påvirke trykkflaten når ventilen er i en lukket tilstand. En slik beskyttelsesseksjon vil hindre aktiveringen av tetningselementet når ventilen er åpen og fluid strømmer gjennom ventilen. Et strømmende fluid vil som følge av hastigheten medføre et trykk på en trykkflate når fluidstrømmen treffer en flate, i tillegg til trykket i fluidet. Med den beskyttende seksjonen hindrer man at fluidstrømmen vil ha en så stor påvirkning på trykkflaten at tetningsarrangementet blir delvis aktivert og den første delen derved beveges mot tetningen i ventilens åpne tilstand.

Ifølge et aspekt er tetningselementet et ringformet tetningselement. Det ringformede tetningselementet kan i hovedsaken være sirkulært, elliptisk, polygonalt, etc. Det ringformede tetningselementet kan ha et i hovedsaken triangulært tverrsnitt, et polygonalt tverrsnitt eller en annen form i en ikke-påkjent tilstand. Tverrsnittet kan endre seg når ventilen beveges fra en åpen og til en lukket tilstand.

Ifølge et aspekt utgjøres ventilsetet av et hylseelement. I én utførelse kan ventilelementet også være utformet som et hylseelement, og i en annen utførelse kan ventilelementet være utformet som et pluggelement, inne i et hylseelement som danner ventilsetet. I én utførelse blir tetningselementet i ventilens lukkede tilstand presset mot ventilsetet som er anordnet radielt utenfor tetningselementet. I en annen utførelse blir tetningselementet i ventilens lukkede tilstand presset mot ventilsetet som er anordnet radielt innenfor tetningselementet. I disse siste utførelsene kan ventilelementet beveges aksialt for derved å bevege ventilen mellom en åpen og en lukket tilstand.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor:

Fig. 1 viser en første utførelse av en ventil med et tetningsarrangement ifølge oppfinnelsen, idet ventilen er i en åpen tilstand,

Fig. 2 viser utførelsen i fig. 1 i en lukket ventiltilstand,

Fig. 3 er en prinsippskisse av en del av en andre utførelse i en åpen ventil,

Fig. 4 viser utførelsen i fig. 3 i en lukket tilstand, og

Fig. 5 viser en tredje utførelse av en ventil med et tetningsarrangement ifølge oppfinnelsen, med lukket ventil. Fig. 1 og 2 viser en første utførelse av en nedihullshylseventil 1, med et ventilelement 3 som er forsynt med et tetningselement 4. Ventilelementet er vist i en åpen ventiltilstand i fig. 1, og i en lukket ventiltilstand i fig. 2. Tetningselementet 4 er i den lukkede ventilen anordnet i anlegg mot et ventilsete 2, slik at den lukkede ventilen derved vil lukke fluidbanen. Ventilelementet 3 er i denne utførelsen utformet som et hylselignende element. Ventilsetet er i denne utførelsen også utformet som et hylseelement. Ventilelementet beveges i en aksialretning mellom en åpen og en lukket ventiltilstand. Ventilsetet 2 dannes av en indre flate på et ytre hylseelement som vender radielt innover.

Ventilelementet 3 innbefatter en første del 31 og en andre del 32. Den andre delen 32 er i denne utførelsen utformet som et hylseelement. Det første elementet 31 er utformet som et ringelemnet, og er anordnet rundt utsiden av den andre delen 32. Det første elementet er forbundet med den andre delen 32, men er bevegbart i en aksialretning av den andre delen 31. Den første delen 31 har en indre flate, en glideflate 313, som går mot en føringsdel 322 på den andre delen 32. Den første delen er anordnet slik at den kan bevege seg langs den andre delens 32 føringsdel 322.1 én ende av føringsdelen 322 har den andre delen en anleggsflate 320. Denne anleggsflaten strekker seg hovedsakelig i en radiell retning. Anleggsflaten 320 vender mot en anleggsflate 310 på den første delen. Tetningselementet 4 er anordnet mellom disse anleggs flatene 320, 310 på henholdsvis den andre og den første delen. Vinkelflatene er vinklet slik at de i tverrsnittet, som vist i figurene, vil ha en delvis V-form. V-formens åpne ende vender mot ventilsetet 2. Tetningselementet 4 er et ringformet tetningselement. En indre flate 43 på tetningselementet 4 går mot føringsdelen 322 på det andre elementet 332, og en ytre flate 44 av tetningselementet vil i lukket ventil gå mot ventilsetet 2. To motliggende flater forbinder de indre og ytre flatene 43, 44 og danner en første tetningselementflate 41 og en andre tetningselementflate 42. Disse flatene samvirker med anleggsflatene på den første og den andre delen.

Den første delen 31 innbefatter en trykkflate 313 utformet av den flaten på den første delen 31 som vender i en retning motsatt anslagsflaten 310. Trykkflaten vil være eksponert mot fluidet og trykket i det når ventilen er lukket.

I åpen tilstand av ventilen, som vist i fig. 1, er en spennfjær 5 komprimert, og det foreligger en passasje gjennom ventilen som indikert med pilene i figuren. I den lukkede tilstanden er fjæren 5 strukket, og ventilelementet er beveget i en aksialretning, hvorved tetningselementet er blitt beveget mot ventilsetet 2. Under denne bevegelsen vil en stoppflate 312 på den første delen 31 få anlegg mot et stoppsete 21 dannet av det samme elementet som danner ventilsetet 2, og i utførelsen her anordnet ved én ende av ventilsetet 2. Dette samvirket mellom stoppsetet 21 og stoppflaten vil hindre at det første elementet 31 beveger seg videre i denne ene retningen. Fjæren vil da prøve å presse ventilelementets andre del 32 mot den første delen 31, og fordi disse delene er bevegbare i forhold til hverandre, vil derved tetningselementet 4 presses mellom de to anslagsflatene 310 og 320 og derved hindre et tetningstrykk i tetningselementet 4. Tetningselementet 4 blir også presset mot ventilsetet 2 under påvirkning av dette tetningstrykket. I denne lukkede ventiltilstanden vil den relative utformingen av den første delen, den andre delen, ventilsetet, stoppsetet og stoppflaten i tillegg til ventilelementets lukkekraft gi et bestemt tetningstrykk i tetningselementet 4.1 tillegg til dette tetningstrykket er den første delen 31 anordnet bevegbar i forhold til den andre delen 32, og dersom fluidtrykket som virker på trykkflaten 311 overskrider det initielle tetningstrykket, så vil dette trykket bevirke en ytterligere bevegelse av den første delen 31 mot den andre delen 32 i en lukket ventiltilstand. Denne bevegelsen vil gi en øking av tetningstrykket i tetningselementet 4, hvorved det sikres en god tetningsvirkning for et fluidtrykkområde.

Ventilelementet kan også være forsynt med et stoppelement 321, utformet som en del av den andre delen 32 eller festet til denne. Dette stoppelementet 31 samvirker med en del av elementet som danner ventilsetet 2, og hindrer den andre delen 32 i å bevege seg lenger inn langs ventilsetet 2 i ventilens lukkede tilstand.

I en annen utførelse av tetningsarrangementet, som vist med prinsippskissen i fig. 3 og 4, har den første delen 31 trekk som i den første utførelsen og er indikert med de samme henvisningstall. Det foreligger en trykkflate 311 som er eksponert mot fluidet, og en anslagsflate 310 som ligger an mot tetningselementet 4. Arealet til trykkflaten 311 er i denne utførelsen større enn arealet til anslagsflaten 312. Det betyr at med en øking av fluidtrykket mot trykkflaten 311 vil det forekomme en øking av tetningstrykket i tetningselementet 4, hvilket vil være fluidtrykkøkningen multiplisert med arealet til trykkflaten 311 som sett i én retning, og delt med arealet til anslagsflaten 312 sett i den samme retningen, slik at det derved oppnås et høyere tetningstrykk i tetningselementet 4 enn fluidtrykket. Med uttrykket sett i én retning skal det her underforstås en projisering av flaten i et plan. Dette trekket kan brukes i alle de viste utførelsene. Et annet trekk som ikke er vist i den første utførelsen, men som kan inngå i denne, er trekkene vedrørende den andre delen 32 med en beskyttende del 323. Denne beskyttelsesdelen 323 er anordnet oppstrøms for den første delen 31, i en normal strømningsretning gjennom ventilen. Beskyttelsesdelen 323 vil ved åpen ventil dekke i det minste en del av trykkflaten 311 på den første delen 31 mot fluidstrømmen gjennom ventilen. Beskyttelsesdelen 323 vil i det minste delvis hindre det strømmende fluidet i ventilen i å treffe den første delen 31. I den viste utførelsen er beskyttelsesdelen 323 utformet som en flens som rager ut radielt og er anordnet ved én ende av føringsdelen 322 i den andre delen. Anslagsflaten 320 er anordnet ved den motsatte enden av føringsdelen 322, sett i den andre delens 32 aksialretning. Denne beskyttelsesdelen 323 plasseres nær trykkflaten 311 i ventilens åpne tilstand, og beveges vekk fra trykkflaten 311 når ventilen er lukket, og således den første delen 31 beveges relativt den andre delen 32. Den første delen 31 er i denne utførelsen utformet med stoppflaten anordnet ved én ende av i det minste en stanglignende del av det første elementet 31. Denne stanglignende delen går gjennom beskyttelsesdelen 323. Stoppflaten 312 ved én ende av den stanglignende delen vil samvirke med stoppsetet 21 og bevege den første delen i forhold til den andre delen 32, før den flensformede beskyttelsesdelen får kontakt med stoppsetet 31. Utformingen av ventilelementet er fordelaktig slik at beskyttelsesdelen 323 aldri vil gå mot stoppsetet 21.

I utførelsen i fig. 5 er utformingen av elementene i hovedsaken som i den andre utførelsen, dvs. en første og en andre del 31, 32, stoppflaten 312 og stoppsetet 21 og beskyttelsesdelen 323. Beskyttelsesdelen 323 er utformet som radielle fingerelementer anordnet mellom stanglignende elementer i den første delen 31. Et annet trekk som kan brukes i alle utførelsene, er utformingen av anslagsflatene 310, 320 på den første og andre del, med en delvis V-form. V-formens åpne ende er i denne utførelsen vendt fra ventilsetet 2. Anslagsflatene 310, 320 danner et svalehalespor sammen med den ytre flate på føringsdelen 322.

Oppfinnelsen er foran forklart i form av ulike ikke-begrensende utførelser. En fagperson vil forstå at det kan tenkes endringer og modifikasjoner innenfor rammen av oppfinnelsen som bestemt med patentkravene. Tetningsarrangementet kan eksempelvis brukes med et ventilelement som har form av en plugg. Ventilsetet kan være anordnet inne i et ytre hylseformet ventilelement, og den første og/eller andre delen av ventilelementet kan innbefatte flere elementer som sammen danner den første og/eller andre delen. Føringsdelen kan være utformet på det første elementet istedenfor på det andre elementet. Trykkflaten kan eventuelt være utformet på den andre delen, etc.

Claims (14)

1. Tetningsarrangement for en ventil, innbefattende et ventilelement (3) forsynt med et tetningselement (4), anordnet for anslag mot et ventilsete (2) når ventilen er lukket, idet ventilelementet (3) innbefatter minst to deler, en første og en andre del (31, 32), som hver innbefatter en anslagsflate (310, 320), hvilke anslagsflater (310, 320) er anordnet vendt mot hverandre og for anslag mot tilordnede tetningselementflater (41, 42) på tetningselementet (4),karakterisert vedat i det minste én del (31) av ventilelementet (3) er anordnet bevegbart relativt en annen del (32) av ventilelementet (3), og den i det minste ene delen (31) av ventilelementet (3) innbefatter en trykkflate (311) som er eksponert mot et omgivende fluid i en lukket ventiltilstand, med trykk mot tetningselementet (4) som respons på trykket i det omgivende fluidet.

2. Tetningsarrangement ifølge krav 1, karakterisert vedat ventilsetet (2) er eksponert mot fluid som strømmer gjennom ventilen i ventilens åpne tilstand.

3. Tetningsarrangement ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat anslagsflatene (310, 320) på de to delene (31) er vinkelanslagsflater anordnet med en delvis V-form.

4. Tetningsarrangement ifølge krav 3, karakterisert vedat V-formens åpne ender vender fra ventilsetet (2).

5. Tetningsarrangement ifølge et av kravene 1-4, karakterisert vedat den andre delen (32) innbefatter en beskyttelsesseksjon (323) som er anordnet oppstrøms fra den første delen (31) i en normal strømningsretning gjennom ventilen, og er utformet for dekking i det minste en del av trykkflaten (311) på den første delen (31) mot strømmen av fluid gjennom ventilen i ventilens åpne tilstand, og muliggjør at fluid kan virke på trykkflaten (311) i en lukket ventiltilstand.

6. Tetningsarrangement ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat tetningselementet er et ringformet tetningselement.

7. Tetningsarrangement ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat ventilsetet (2) dannes av et hylseelement.

8. Tetningsarrangement ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat ventilelementet (3) dannes av et hylseelement.

9. Tetningsarrangement ifølge et av kravene 1-7, karakterisert vedat ventilelementet (3) er et pluggelement.

10. Tetningsarrangement ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat tetningselementet (4) i en lukket ventiltilstand presses mot ventilsetet (2) som er anordnet radielt utenfor tetningselementet (4).

11. Tetningsarrangement ifølge et av kravene 1-7, karakterisert vedat tetningselementet (4) i en lukket ventiltilstand presses mot ventilsetet (2) som er anordnet radielt innenfor tetningselementet (4).

12. Tetningsarrangement ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat ventilelementets (3) andre del (32) innbefatter en føringsdel (322) som har anlegg mot en glideflate (313) på ventilelementets (3) første del (31), slik at det derved muliggjøres relativ bevegelse mellom delene (31, 32).

13. Tetningsarrangement ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat ventilelementets første del (31) innbefatter en stoppflate (312) for anslag mot et stoppsete (31) på et element som danner ventilsetet (2), slik at det derved hindres en ytterligere bevegelse av den første delen (31) i én retning.

14. Tetningselement ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat den andre delen (32) innbefatter en beskyttelsesdel (323) som er anordnet oppstrøms for den første delen (31) i en normal strømningsretning gjennom ventilinnretningen.