NO332823B1 - Utbyttbar ventilsetering og ventilsammenstilling - Google Patents

Abstract

En utbyttbar ventilsetering (30) for en ventilsammenstilling har et ringformet ringlegeme og en åpen strømningspassasje som strekker seg gjennom ringlegemet. En seteflate (32) er anordnet på ringlegemet ved en ende av strømningspassasjen. Et verktøymottakende område (50) av strømningspassasjen er tildannet konsentrisk med og i det minste delvis langs strømningspassasjen. Det verktøymottakende område er tilpasset til å motta et standard verktøyhode for installasjon og uttak av ventilseteringen.

Description

Dette patent er relatert til den sam-verserende US provisorisk patentsøknad med serienr. 60/335.994, som ble innlevert 15. november 2001.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt ventiler, og mer bestemt

en utbyttbar ventilsetering forfluidstrømningsventiler. Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en ventilsammenstilling.

Fluidventiler brukes i et bredt område av anvendelser i fluidprosesser og reguleringssystemer for regulering av forskjellige strømningsparametere for et prosessfluid. Et bredt mangfold av ventiltyper er kjent, og kan for eksempel inkludere utslippsventiler, reguleringsventiler, strupeventiler og lignende.

Tilsvarende brukes fluidprosessystemer og reguleringssystemer for å håndtere et

utall av forskjellige fluidmedier.

En typisk ventil har etfluidinnløp som gjennom et strømningsregulerings-område eller åpningsområde er forbundet til etfluidutløp. En stengeinnretning av en eller annen type er typisk anordnet i strømningsreguleringsområdet, med et parti som er bevegelig for å regulere fluidstrømning fra ventilinnløpet til ventil-

utløpet. Det bevegelige parti er ofte en ventilplugg som kan beveges til å ligge an mot en korresponderende fast seteflate i stengeinnretningen for selektivt å stenge av strøm av fluid gjennom ventilen. Under vedvarende bruk av en slik ventil blir seteflaten i stengeinnretningen uunngåelig slitt eller skadet. Utilstrekkelig avstenging av strømmen i stengeinnretningen vil bli resultatet, hvilket forårsaker dårlig funksjon eller svikt i ventilen. Ventilsetets overflate må følgelig til slutt repareres eller byttes ut, eller hele ventilen må byttes ut for igjen å oppnå korrekt funksjon av ventilen.

I et kjent eksempel har en ventilsetering en seteflate og er anordnet inne i

et strømningsreguleringsområde eller åpningsområde i ventilen. Seteringen er uttakbar for å kunne bytte ut seteringen eller for å reparere seteflaten. Denne type av uttakbar setering har et sekskantformet hode som strekker seg oppover fra en overside av ringen. Det sekskantformede hodet er tilpasset til å motta en bestemt sekskantformet holder eller nøkkel av en standard størrelse for installasjon eller uttak av ringen. Det oppoverragende sekskantformede hodet har imidlertid en negativ innvirkning på fluidstrømmen gjennom åpningsområdet i ventilen, og teknikeren må ha verktøyet av den bestemte størrelse tilgjengelig.

I et annet kjent eksempel er det tildannet et par små blindboringer i oversiden av seteringen. Disse boringene er tilpasset til å motta to spisser med en innbyrdes avstand på et spesialverktøy for å installere eller ta ut ringen. Teknikeren må ha adgang til dette spesialverktøyet på ethvert tidspunkt, for å kunne drive vedlikehold på denne typen ventil.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en utbyttbar ventilsetering, omfattende: et ringformet ringlegeme;

en åpen strømningspassasje som strekker seg gjennom ringlegemet;

en seteflate i ringlegemet;

et verktøymottakende område som er dannet konsentrisk med og i det

minste delvis langs strømningspassasjen, hvilket verktøymottakende område er tilpasset til mottak av et standard verktøyhode for installasjon og uttak av ventilseteringen, og

en strømningsåpning som er anordnet i serie og er konsentrisk med det verktøymottakende område langs i det minste et parti av strømningspassasjen, hvor innløpsenden til åpningen åpner inn i og står i forbindelse med det verktøymottakende område med større størrelse, idet verktøyutsparingen er tildannet til en ønsket dybde i en overside i ringen og avsluttes i en mellomliggende flate inne i hoveddelen av ringen, idet den mellomliggende flate ligger generelt i planet for innløpsenden til strømningsåpningen, og hvor seteflaten er utformet som en forsenket ringformet flate i den mellomliggende flate, og omgir innløpsenden til strømningsåpningen.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en ventilsammenstilling, omfattende: et ventillegeme;

en fluidpassasje som strekker seg gjennom ventillegemet og har et fluidinnløp og et fluidutløp;

et åpningsområde som er avgrenset innenfor fluidpassasjen;

en ventilplugg som er anordnet inne i passasjen; og

en utbyttbar ringformet ventilsetering i henhold til oppfinnelsen som er posisjonert i åpningsområdet, hvor ventilseteringen og ventilpluggen er bevegelige i forhold til hverandre for selektivt å åpne eller stenge strømningspassasjen, og hvor ventilpluggen er posisjonert for å beveges gjennom det verktøymottakende område for å passe med seteflaten.

Ytterligere utførelsesformer av den utbyttbare ventilseteringen og ventilsammenstillingen i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Hensikter, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå

ved en gjennomlesing av den følgende beskrivelse sett i sammenheng med tegningsfigurene, hvor: Fig. 1 er et tverrsnittsriss av et eksempel på en utslippsventil som har en utbyttbar ventilsetering som er konstruert i samsvar med den foreliggende oppfinnelses lære.

Fig. 2 er et perspektivriss av seteringen i utslippsventilen som er vist på

fig. 1.

Fig. 3 er et grunnriss av seteringen som er vist på fig. 2.

Fig. 4 er et tverrsnittsriss fra siden lagt langs linjen i IV-IV gjennom seteringen som er vist på fig. 3. Fig. 5 er et tverrsnittsriss fra siden lagt langs linjen V-V gjennom seteringen som er vist på fig. 3.

Fig. 6 er et tverrsnittsriss fra siden gjennom seteringen som er vist på fig.

4, og som har en standard forlengelse for en pipenøkkel installert i seteringen for installasjon eller uttak fra utslippsventilen som er vist på fig. 1.

Det er her beskrevet en ventilsetering for en fluidventil eller lignende, hvilken lett kan installeres, tas ut og byttes ved bruk av konvensjonelle håndverktøy. Den beskrevne ventilsetering er egnet til mange forskjellige typer ventiler.

Det eksempel som her er fremsatt er beskrevet med henvisning til det som er

kjent som en "utslipps"("dump")-ventilkonstruksjon med glidende spindel. Den beskrevne setering er imidlertid like godt egnet i mange andre typer og konstruk-sjoner av ventiler, så som for eksempel reguleringsventiler, strupeventiler eller lignende. Den foreliggende redegjørelse skal ikke være begrenset til noen bestemt type ventil.

Den beskrevne setering inkluderer et område for mottak av en pipenøkkelforlengelse med standard størrelse og form. Den standard pipenøkkelen kan brukes til å ta ut og installere en setering i ventilen etter ønske. Sammen med det verktøymottakende område tilveiebringer ventilseteringen også jevne strømningskarakteristika.

Det skal nå vises til tegningene, hvor fig. 1 i tverrsnitt viser et eksempel på en utslippsventil 10 av typen med glidende spindel, konstruert i samsvar med den foreliggende oppfinnelses lære. Utslippsventilen 10 har et ventillegeme 12 med et fluidinnløp 14 i en ende, og etfluidutløp 16 i en motsatt ende. Fluidinnløpet står i forbindelse med en innløpspassasje 18, og fluidutløpet står i forbindelse med en utløpspassasje 20. Hver av innløpspassasjene og utløpspassasjene 18 henholdsvis 20 møtes generelt inne i ventillegemet 12, og står i forbindelse med hverandre gjennom et åpningsområde 22.

Ventilen 10 har en ventilplugg 24 som i en ende er forbundet med en ventilspindel 26. Ventilspindelen 26 er i sin motsatte ende forbundet til en aktuator (ikke vist) som kan bevege ventilspindelen og pluggen langs en langsgående akse for spindelen.

Ventilpluggen 24 har en seteflate 28 som kommer i kontakt med og ligger

an mot en ventilsetering 30 når den er i en stengt posisjon for ventilen. Ventilseteringen 30 er installert i åpningsområdet 22, som beskrevet i nærmere detalj nedenfor. Under operasjon av utslippsventilen 10, beveger aktuatoren (ikke vist) ventilspindelen 26 og ventilpluggen 24 mot og bort fra en seteflate 32 i seteringen 30, for å stenge henholdsvis åpne utslippsventilen for å muliggjøre fluidstrømning fra innløpet 14 til utløpet 16 gjennom passasjene.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelses lære, er seteringen 30 som

er vist på fig. 1 uttakbart installert inne i åpningsområdet 22 i ventillegemet 12. Åpningsområdet 22 har en boring 34 som strekker seg mellom innløpspassasjen 18 og utløpspassasjen 20. Boringen 34 har mekaniske hunngjenger 36 som er tildannet aksialt langs omkretsen rundt i det minste en del av boringen.

Som vist på fig. 2-5, har seteringen 30 en sirkulær sylindrisk omkrets eller omkretsflate 38 med hanngjenger 40 som korresponderer til hunngjengene 36 i boringen 34. Som vist på fig. 1 er seteringen 30 som installert skrudd inn i boringen 34. Ved å rotere seteringen 30 i en retning i forhold til boringen 34, kan ringen installeres i åpningsområdet 22. Ved å rotere seteringen i den motsatte retning i forhold til boringen 34, kan seteringen 30 tas ut og byttes ut.

Som vist på fig. 2 og 3 avgrenser seteringen 30 en strømningsåpning 42 gjennom åpningsområdet 22 når den er installert. Fluid passerer gjennom åpningen 42 i seteringen 30 når ventilpluggen 24 er i den posisjon hvor ventilen er åpen, i en avstand fra seteflaten 32 i ringen 30. Den viste strømningsåpning 42 i ringen 30 er en sirkulær åpning, selv om åpningens form kan variere i henhold til behovene ved en bestemt ventilutforming, og for å oppnå ønskete strømnings-karakteristika. En innløpsende av åpningen 42 korresponderer med seteflaten 32 i ringen 30.

Ytterligere detaljer ved den viste seteringen 30 som er konstruert i samsvar med den foreliggende oppfinnelses lære er beskrevet med henvisning til fig.

3-5. Det parti av omkretsflaten 38 av seteringen 30 som har den større diameter, inkludert de mekaniske hanngjenger 40, er utformet som en sirkulær sylinder. Seteringen 30 har også en nedtrappet ende 44 med mindre diameter ved utløpsenden av åpningen 42. Den nedtrappete ende 44 er mottatt i et korresponderende parti 45 med mindre diameter i boringen 34 når den er installert. Hensikten med den nedtrappete ende 44 er å posisjonere seteringen 30 korrekt i åpningsområdet 22, og å innrette seteringen med partiet 45 med mindre diameter i boringen 34.

En ringformet skulderflate 46 strekker mellom og binder sammen den nedtrappede ende 44 og den gjengede flate 38 på omkretsen av ringen. Når den er installert som vist på fig. 1, kommer skulderflaten 46 på ringen 30 til anlegg mot en korresponderende avsats eller stoppflate 48 inne i boringen 34. Skulderflaten plasseres mot avsatsens overflate for nøyaktig å posisjonere den installerte seteringen 30 i boringen 34 i ventillegemet 12.

Selv om mekaniske gjenger her er vist som en mekanisk inngrepsinnretning for installasjon av ventilsetet, kan det også brukes andre mekaniske midler for å holde ventilsetet på plass. Det kan for eksempel også brukes et system med en kile og et spor, hvor setet og en del av åpningsområdet kommer i inngrep med hverandre med en vri-og-lås bevegelse.

Som det best fremgår av fig. 4 og 5, strekker strømningsåpningen 42 i

dette eksempelet seg kun delvis gjennom tykkelsen eller høyden av ringen 30. Innløpsenden til åpningen 42 åpner inn i og står i forbindelse med en mottaker

eller utsparing 50 med større størrelse for et verktøy. Verktøyutsparingen 50 er tildannet til en ønsket dybde i en overside 52 i ringen. Verktøyutsparingen 50 i dette eksempelet avsluttes i en mellomliggende flate 54 inne i hoveddelen av ringen 30. Den mellomliggende flate ligger generelt i planet for innløpsenden til strømningsåpningen 42. Seteflaten 32 er utformet som en forsenket ringformet flate i den mellomliggende flate, og omgir innløpsenden til strømningsåpningen 42.

I det beskrevne eksempel er verktøyutsparingsområdet eller mottaksområdet 50 en hovedsakelig firkantet åpning som har fire sider 56a, 56b, 56c og 56d. De fire sider er generelt vertikalt orientert, selv om sidene kan være svakt koniske med en slippvinkel for støping eller for formingsformål. I dette eksempel danner de fire sider 56a - 56d og den mellomliggende flate 54 sammen verktøyutsparingen 50 som har en form som tilsvarer en standard pipenøkkelforlengelse. I ett eksempel kan en standard holderforlengelse på trekvart tomme (19,05 mm) settes direkte inn i verktøy-utsparingen for å ta ut eller installere seteringen 30 (se fig. 6 og beskrivelsen nedenfor). I andre eksempler kan verktøyutsparingen 50 utformes til å passe til holderforlengelser av forskjellig størrelse, så som en forlengelse med en standard størrelse på en halv tomme (12,7 mm) eller treåttendels tomme (9,53 mm). I enda andre eksempler kan verktøyutsparingen 50 utformes for tilpasning til et verktøyhode med en annen standard utforming enn en holderforlengelse, så som et TORX-hode, en umbrakonøkkel, et sekskant-hode eller en annen standard konfigurasjon.

Fordi den beskrevne seteringen 30 kun krever en standard holderforlengelse, eliminerer seteringen behovet for anskaffelse, vedlikehold og lagring av et spesialverktøy eller et verktøy med en bestemt dimensjon for installasjon eller uttak av ringen. I stedet er det kun nødvendig med en standard holderforlengelse, som er vanlig i nesten hver eneste teknikers verktøykasse, for installasjon og uttak av ventilseteringen. Fig. 6 viser en standard holderforlengelse 58 som inkluderer et forlengelseshode 60 som er mottatt i verktøyutsparingen 50 i seteringen 30.

Ved siden av aspektene med forbedret installasjon og uttak av ventilseteringen 30, tilveiebringer ringen også betydelig forbedrete, jevne fluidstrømningskarakteristika. For eksempel strekker verktøyutsparingen 50 seg kun delvis inn i ventilseteringen 30 og inkluderer ingen del eller element som rager oppover fra ringens overside eller innover inn i strømningsåpningen 42. Denne utformingen av seteringen er følgelig en betydelig forbedring i forhold til mange kjente utforminger som har et utadragende karakteristiske element som er tilpasset til å motta et verktøy med en bestemt utforming, som beskrevet ovenfor.

Den beskrevne seteringen 30 tilveiebringer forbedrete, jevne fluidstrømningskarakteristika også av ytterligere årsaker. Som vist på fig. 4 og 5, er strømningsåpningen 42 svakt konisk radialt utover i retning fra innløpsenden til utløpsenden. Den radialt utoverrettede konisitet til åpningen 42 kan oppnå visse strømningskarakteristika gjennom åpningen, og kan varieres, elimineres eller på annen måte endres for å oppnå bestemte ønskede strømningskarakteristika.

Som et eksempel kan den separate og diskrete strømningsåpning 42 elimineres, og verktøyutsparingen 50 kan strekke seg over hele dybden av seteringen 30 og virke som en strømningsåpning med full lengde. I et slikt eksempel må imidlertid ventilpluggen og verktøyutsparingen utformes for å sørge for korrekte anlegg mellom pluggen og ventilsetet for å oppnå avstenging av strømningen. Konturene for verktøyets utsparing kan i et slikt eksempel passende være jevne og trinnvise, for ikke alvorlig å påvirke strømningskarakteristika gjennom utsparingen.

I det beskrevne eksempel, som det best fremgår av fig. 4 og 5, er oversiden 52 av seteringen 30 svakt konisk i retning nedover fra nær omkretsflaten 38

mot sidene 56a - 56d i verktøyutsparingen 50. Oversiden går over i sideflatene 56a - 56d i utsparingen ved jevne, avrundete kanter eller flater 62. Sideflatene 56a- 56d går igjen jevnt over i jevne, avrundete innvendige bunnhjørner 64 i den mellomliggende flate 54. Sidene 56a - 56d går også sideveis over i hverandre ved jevne, avrundete hjørner 66. Den mellomliggende flate 54 er også vinklet eller konisk litt nedover i retning fra verktøyutsparingens sider 56a - 56d mot seteflaten 32 ved innløpsenden til strømningsåpningen 42. Den mellomliggende flate 54 og seteflaten 32 går jevnt over i strømningsåpningen 42. Veggen i åpningen 42, som beskrevet ovenfor, er også konisk radialt utover i retning mot den nedtrappete ende 44 av seteringen 30. Alle disse jevne og svakt koniske overflater og jevne hjørner tilveiebringer jevne strømningsløp for fluid som passerer gjennom åpningsområdet 22 i ventilen 10. De jevne strømningsflater forhindrer dannelse av utstabile eller turbulente lommer av fluid, hvilket negativt kan påvirke strømningskarakteristika og ventilens funksjon.

Den utbyttbare ventilsetering 30 som her er beskrevet tillater bruk av en standard pipenøkkel eller et annet slik standard verktøy for installasjon og uttak av seteringen fra en ventil 10 for reparasjon eller utbytte når det har skjedd en skade på ringen. I tillegg frembringer den beskrevne seteringen sterkt forbedrete fluidstrømningskarakteristika både over og gjennom seteringen, sammenlignet med tidligere kjente utforminger av utbyttbare ventilseter. Som det vil være åpenbart for de som har ordinær fagkunnskap innen teknikken, og som angitt ovenfor, kan verktøyutsparingen 50 variere fra det som er beskrevet. Som et ytterligere eksempel kan utsparingen være en sekssidet utsparing for mottak av et verktøy så som en umbrakonøkkel, og likevel ha en egnet funksjon, som her beskrevet. Andre varianter av seteringen er også mulig. Selv om seteringen som her er beskrevet kan fremstilles av tallrike forskjellige materialer, er et foretrukket materiale et som er av et tilstrekkelig hardt og eksepsjonelt holdbart materiale, kjent som "Alloy 6".

Claims (15)

1. Utbyttbar ventilsetering (30), omfattende: et ringformet ringlegeme; en åpen strømningspassasje som strekker seg gjennom ringlegemet; en seteflate (32) i ringlegemet; et verktøymottakende område (50) som er dannet konsentrisk med og i det minste delvis langs strømningspassasjen, hvilket verktøymottakende område (50) er tilpasset til mottak av et standard verktøyhode for installasjon og uttak av ventilseteringen, og en strømningsåpning (42) som er anordnet i serie og er konsentrisk med det verktøymottakende område (50) langs i det minste et parti av strømningspassasjen, hvor innløpsenden til åpningen (42) åpner inn i og står i forbindelse med det verktøymottakende område (50) med større størrelse, idet verktøyutsparingen (50) er tildannet til en ønsket dybde i en overside (52) i ringen og avsluttes i en mellomliggende flate (54) inne i hoveddelen av ringen (30), idet den mellomliggende flate ligger generelt i planet for innløpsenden til strømningsåpningen (42), og hvor seteflaten (32) er utformet som en forsenket ringformet flate i den mellomliggende flate, og omgir innløpsenden til strømningsåpningen (42).

2. Utbyttbar ventilsetering (30) som angitt i krav 1, hvor strømningsåpningen (42) har en kontur og størrelse som er forskjellig fra det verktøymottakende område (50) for å tilveiebringe ønskede strømningskarakteristika, og er anordnet nedstrøms det verktøymottakende område (50).

3. Utbyttbar ventilsetering (30) som angitt i krav 1 eller 2, hvor overgangsflater (54) som strekker seg mellom strømningsåpningen (42) og det verktøymottakende område (50) hovedsakelig er jevne og trinnvise for å øke strømningens effektivitet og dynamikk.

4. Utbyttbar ventilsetering (30) som angitt i et av de foregående krav, hvor det verktøymottakende område (50) strekker seg over en betydelig andel av en lengde av strømningspassasjen.

5. Utbyttbar ventilsetering (30) som angitt i et av de foregående krav, hvor ringlegemet har en utvendig omkretsflate (38) og et mekanisk karakteristisk element (40) for inngrep som er anordnet på i det minste en del av den utvendige omkretsflate (38), idet det mekaniske karakteristiske element (40) for inngrep er tilpasset til løsbart inngrep med et komplementært parti av en ventilsammenstilling (10).

6. Utbyttbar ventilsetering (30) som angitt i krav 5, hvor den utvendige omkretsflate (38) er en sirkulær sylinder, og hvor det mekaniske karakteristiske element (40) for inngrep omfatter en flerhet av mekaniske gjenger.

7. Utbyttbar ventilsetering (30) som angitt i et av de foregående krav, hvor det verktøymottakende område (50) er en generelt firkantet sylinder for mottak av en standard holderforlengelse innenfor en del av strømningspassasjen.

8. Utbyttbar ventilsetering (30) som angitt i krav 1, videre omfattende en utvendig sirkulær sylindrisk omkretsflate (38) med et første parti som har en første diameter og et nedtrappet seteparti (44) med en annen diameter som er mindre enn den første diameter for innretting av ventilseteringen (30) når den er installert i en ventil (10).

9. Utbyttbar ventilsetering (30) som angitt i et av de foregående krav, hvor overgangsflater (54) som strekker seg mellom seteflaten (32) og det verktøymottakende område hovedsakelig er jevne og trinnvise for å øke strømningens effektivitet og dynamikk.

10. Ventilsammenstilling (10), omfattende: et ventillegeme (12); en fluidpassasje som strekker seg gjennom ventillegemet og har et fluidinnløp (14) og etfluidutløp (16); et åpningsområde (22) som er avgrenset innenfor fluidpassasjen; en ventilplugg (24) som er anordnet inne i passasjen; og en utbyttbar ringformet ventilsetering (30) som angitt i et av de foregående krav som er posisjonert i åpningsområdet, hvor ventilseteringen (30) og ventilpluggen (24) er bevegelige i forhold til hverandre for selektivt å åpne eller stenge strømnings-passasjen, og hvor ventilpluggen (24) er posisjonert for å beveges gjennom det verktøymottakende område (50) for å passe med seteflaten (32).

11. Ventilsammenstilling (10) som angitt i krav 10, hvor ventilseteringen (30) er installert i en fast posisjon inne i åpningsområdet, og hvor ventilpluggen (26) er selektivt bevegelig inn i og ut av kontakt med seteflaten (32) i ventilseteringen (30).

12. Ventilsammenstilling (10) som angitt i krav 10 eller 11, hvor ventilseteringen (30) har en utvendig omkretsflate (38) og et mekanisk karakteristisk element (40) for inngrep som er anordnet på i det minste en del av den utvendige omkrets (38), og hvor et parti av åpningsområdet inkluderer et komplementært mekanisk trekk (36) som er tilpasset til løsbart inngrep med det mekaniske karakteristiske element (40) for inngrep i ventilseteringens overflate (38) for fastholdelse og innretting av ventilseteringen (30) inne i åpningsområdet.

13. Ventilsammenstilling (10) som angitt i krav 12, hvor hvert av det mekaniske karakteristiske element (40) for inngrep og det komplementære mekaniske karakteristiske element (36) omfatter enten mekaniske hanngjenger eller hunngjenger.

14. Ventilsammenstilling (10) som angitt i et av kravene 10 til 13, hvor det verktøy-mottakende område (50) er en generelt firkantet sylinder for mottak av en standard holderforlengelse inne i en del av strømningspassasjen.

15. Ventilsammenstilling (10) som angitt i et av kravene 10 til 14, hvor ventilseteringen (30) har en utvendig sirkulær sylindrisk omkretsflate (38) med et første parti som har en første diameter og et nedtrappet seteparti (44) med en annen diameter som er mindre enn den første diameter, og hvor åpningsområdet har en komplementær avtrappet overflate (45).