NO340068B1 - Sluseventil-mekanisme med lavt dreiemoment - Google Patents

Description

Bakgrunn

Oppfinnelsens felt

Foreliggende oppfinnelse vedrører sluseventilsammenstillinger.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Sluseventiler anvendes vanligvis innen flere industrier for å styre fluidstrømmer. Sluseventiler er enten klassifisert som stigespindel-sluseventiler eller ikke-stigende (eller roterende) spindel-sluseventiler. En stigespindel-sluseventil omfatter en spindel som er festet til porten, slik at spindelen og porten beveger seg sammen. En ikke-stigende sluseventil omfatter en spindel som er skrudd inn i porten slik at rotasjon av spindelen, istedenfor aksiell bevegelse, bevirker at porten beveger seg aksialt. En slik sluseventil er omtalt i GB 2350412 A.

Stigespindel-sluseventiler vil videre enten kunne klassifiseres som ubalanserte spindel-sluseventiler eller balanserte spindel-sluseventiler. En ubalansert spindel-sluseventil omfatter en enkel spindel tilordnet porten. En balansert spindel-sluseventil omfatter en andre spindel som er festet til porten ved enden motsatt den første spindelen. Diametrene for de to spindlene velges slik at kraftkomponentene av trykkfluidet som virker på de to spindlene er avbalanserte. Således vil kraftkomponentene som trykker mot én spindel oppheves av kraftkomponentene som trykker mot den motsatte spindel.

Sluseventiler vil kunne aktiveres manuelt ved å omdanne rotasjonsbevegelsen av et ventilratt til aksiell bevegelse av spindelen. Som en generell regel er det ønskelig at kranstrekkraften, den kraft som utøves på ventilrattkransen for å drive ventilen, ikke bør overstige en ønsket verdi på 36 kp. Kranstrekkraften henger sammen med ventilens driftsdreiemoment. Ventilrattet vil kunne være skrudd direkte inn i spindelen, men for store ventiler eller høytrykksventiler vil en slik anordning kunne kreve uhåndterlig store krans-trekkrefter på ventilrattet eller et ventilratt med upraktisk stor diameter. Ventil-driftsinnretninger med rulle- og kuleskruanordninger har vært anvendt for å redusere dreiemomentet, men slike anordninger har enten ikke resultert i akseptable kranstrek-kraftnivåer eller de krever et for stort antall omdreininger for driften. Andre ventil-driftsinnretninger har anvendt Acme-gjenger med koniske, sylindriske eller snekke-hjulsvekselkasser for reduksjon av dreiemomentet, men slike anordninger medfører den ulempe at de krever et høyt utvekslingsforhold og et tilsvarende høyt antall omdreininger av ventilrattet. Således har noen tidligere kjente fremstøt for å redusere dreiemomentet ved manuelt drevne sluseventiler resultert i at det er oppnådd ønskede dreiemoment- nivåer, men slike fremstøt har ikke desto mindre medført den ulempe at de krever et uakseptabelt antall omdreininger av ventilrattet for drift.

Sammenfatning

Disse og andre ulemper ved tidligere kjent teknikk overvinnes ved å tilveiebringe en sluseventilinnretning ifølge foreliggende oppfinnelse. Ved én utførelse av foreliggende oppfinnelse omfatter sluseventilinnretningen et vekselsett, en kulemutter, en flerhet av kuler, en aksel, en spindel og en port. Vekselsettet omfatter en flerhet av drev som er innrettet til å tilveiebringe et utgangsdreiemoment, slik at dette er større enn et inngangsdreiemoment. Kulemutteren er anbragt slik i forhold til vekselsettet at ut-gangsdreiemomentet bevirker rotasjon av kulemutteren. Akselen, flerheten av kuler og kulemutteren er slik anordnet at rotasjon av kulemutteren i forhold til akselen bevirker aksiell bevegelse av akselen. Spindelen er forbundet med akselen. Porten er anbragt slik i forhold til spindelen at aksiell bevegelse av spindelen bevirker bevegelse av porten.

Ved en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse omfatter sluseventilinnretningen et ventillegeme, et deksel, to seter, en port, en ventilspindel, en aksel, en kulemutter, en flerhet av kuler, et ventilratt og en vekselreduksjonsanordning. Ventillegemet omfatter en strømningsbane som strekker seg helt gjennom dette og et ventillegeme-hulrom som i det minste strekker seg delvis gjennom dette og krysser strømnings-banen. Dekslet er forseglingsmessig forbundet med ventillegemet via ventillegemets hulrom. De to setene står i forseglingsmessig kontakt med ventillegemet. Porten står i forseglingsmessig kontakt med setene og er bevegelig inne i ventillegemets hulerom mellom i det minste to posisjoner, slik at porten i det minste delvis muliggjør, eller i det minste delvis begrenser, strømning gjennom strømningsbanen. Ventilspindelen er forbundet med porten og strekker seg forseglingsmessig gjennom dekslet. Akselen knyttes til ventilspindelen slik at lineær kraft som utøves på akselen overføres til ventilspindelen. Flerheten av kuler forbinder kulemutteren og kuleskruakselen innbyrdes, slik at rotasjon i forhold til kulemutteren og kuleskruakselen bevirker aksiell bevegelse av kuleskruakselen. Vekselreduksjonsanordningen forbindes med ventilrattet og kulemutteren slik at en inngangsdreiekraft som utøves på ventilrattet omdannes til en utgangs-dreiekraft som utøves på kulemutteren.

Ifølge en annen utførelse av foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for å styre fluidstrømmen gjennom en strømningsbane, hvilken fremgangsmåte omfatter følgende trinn: å utøve en inngående rotasjonskraft på et hjul hvor den inngående rota sjonskraft bevirker at en vekselreduksjonsventil vil tilveiebringe en utgående rotasjonskraft som overfører den utgående rotasjonskraft fra reduksjonsventilen til en kulemutter og en aksel som omformer den utgående rotasjonskraft til en lineær kraft med en flerhet av kuler som samvirker med i det minste den ene av kulemutteren og akselen som ut-øver den lineære kraft på en port og beveger porten mellom i det minste to posisjoner, slik at porten i det minste delvis muliggjør, eller i det minste delvis begrenser, strøm-ning gjennom strømningsbanen.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en manuelt drevet sluseventil med en drivan-ordning, så vel som en fremgangsmåte for å styre fluidstrømmen gjennom en strøm-ningsbane og som reduserer det dreiemoment som kreves for å aktivere sluseventilen og minimere det antall omdreininger av ventilrattet som kreves. Sammenlignet med tidligere kjente sluseventiler utgjør én fordel ved foreliggende oppfinnelse et lavere dreie-momentbehov for å åpne og lukke ventilen. En tilsvarende fordel ved foreliggende oppfinnelse består i at det kreves færre omdreininger for å koble inn ventilen, noe som mu-liggjør hurtigere ventilaktiveringstid når det antas at ventilrattet dreies med konstant hastighet. Som en konsekvens, minimerer foreliggende oppfinnelse potensialet for porterosjon på grunn av abrasiver under overganger mellom åpne og lukkede posisjoner. Enda en annen fordel ved foreliggende oppfinnelse består i den ergonomiske forbedring som tilsvarer et minimalisert dreiemoment av ventilrattet og et minimalisert antall omdreininger av ventilrattet. Disse og andre hensikter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av det følgende.

Kort beskrivelse av tegningene

Følgende figurer fra en del av foreliggende fremstilling er inkludert for å demonstrere visse aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Oppfinnelsen vil kunne forstås bedre under henvisning til disse tegninger i kombinasjon med beskrivelsen av utførelser presen-tert her. Følgelig vil en mer komplett forståelse av foreliggende teknikk og dennes fordeler kunne oppnås ved å henvise til følgende beskrivelse i forbindelse med de vedføy-ede tegninger, hvor

fig. 1 er delvis skåret sideriss av en utførelse av en sluseventil i åpen posisjon i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, og

fig. 2 er et delvis skåret sideriss av en utførelse av en sluseventil i lukket posisjon i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse.

Foreliggende oppfinnelse vil kunne være gjenstand for forskjellige modifikasjoner og alternative utformninger. Spesifikke utførelser av oppfinnelsen er vist som eksempel på tegningene og er detaljert beskrevet her. Det vil imidlertid forstås at den foreliggende beskrivelse av spesifikke utførelser ikke er ment å skulle begrense oppfinnelsen til de spesielle utforminger som er vist. Snarere, alle modifikasjoner, alternativer og tilsvarende som faller innenfor oppfinnelsens idé og ramme som definert i de vedføyde krav er ment å være dekket.

Detaljert beskrivelse

Detaljene ved foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet under henvisning til figure-ne. Under henvisning til fig. 1 og 2 er det de vist en sluseventilinnretning 100 i overensstemmelse med én utførelse av oppfinnelsen. Et ventillegeme 105 omfatter en strømningsbane 110 som strekker seg helt gj ennom dette. Et ventillegeme-hulrom 115 strekker seg delvis gjennom ventillegemet 105 og krysser strømningsbanen 110. Et sete 125a og et sete 125b er forseglingsmessig anbrakt nær krysningen mellom strømnings-banen 110 og ventillegemets hulrom 115. Et deksel 145 er festet til og forseglet mot ventillegemet 105 over ventillegemets hulrom 115. Et aktuatorhus 155 er festet til dekslet 145 og en vekselskapsling 190 er festet til aktuatorhuset 155.

En port 120 er forseglingsmessig og glidbart anbragt mellom setene 125a og 125b og er egnet for gjensidig bevegelse mellom i det minste to posisjoner, så som en åpen posisjon og en lukket posisjon. Når sluseventilinnretningen 100 befinner seg i åpen posisjon, som vist på fig. 1, innretter en portåpning 130 seg hovedsakelig med setene 125a og 125b i ventillegemet 105. Setene 125a og 125b står i fluidkommunikasjon med strømningsbanen 110, slik at fluid passerer gjennom denne når sluseventilinnretningen 100 er åpen. I en lukket posisjon, som vist på fig. 2, befinner portåpningen 130 seg utenfor strømningsbanen 110 og porten 120 blokkerer strømmen av fluid gjennom strømningsbanen 110.

Porten 120 er forbundet med en ventilspindel 135 som strekker seg ut over ventillegemets hulrom 115 og forseglingsmessig gjennom dekslet 145. Ved en utførelse av sluseventilinnretningen 100 er porten 120 også forbundet med en balanserende ventilspindel 195 som strekker seg ut over ventillegemets hulrom 115, motsatt ventilspindelen 135, og forseglingsmessig gjennom balanseringsdekslet 150. Diametrene på de to spindlene er valgt slik at kraftkomponentene av trykkfluidet som virker på de to spindler er avbalanserte.

En kuleskruaksel 140 er forbundet med ventilspindelen 135 slik at den lineære kraften som utøves på kuleskruakselen 140 overføres til ventilspindelen 135 og porten 120. Således vil aksiell bevegelse av kuleskrueakselen 140 tilsvare aksiell bevegelse av ventilspindelen 135 og porten 120. Aktuatorhuset 155 strekker seg i omgivende forhold til kuleskruakselen 140. Kuleskruakselen 140 strekker seg gjennom kulemutteren 160. De utvendige spor av kuleskrueakselen 140, de innvendige spor av kulemutteren 160 og kulene 165 virker for å tilveiebringe en gjengeforbindelse. En slik kuleskruinnføring medfører lav friksjon ved omforming av kulemutterens 160 rotasjon til aksiell bevegelse av kuleskruakselen 140 og tilsvarende aksial bevegelse av ventilspindelen 135 og porten 120. En fast rotasjonsanordning 170 er forbundet med kulemutteren 160 og begge un-derstøttes på egnet måte av lagre for å muliggjøre rotasjon i forhold til kuleskruakselen 140 mens aksiell bevegelse av trykkbelastningen forhindres. Som vist på fig. 1 og 2 vil lagrene kunne være anbragt i vekselhuset 190. Ved et ikke-vist alternativ vil lagrene kunne være anbragt mellom aktuatorhuset 155 og rotasjonsanordning 170. Rotasjonsanordningen 170 er roterbart forbundet med utgangen av et vekselsett 175. Utveks-lingssettet 175 er forbundet med et ventilratt 185 via en pinjong 180 og er anordnet i vekselhuset 190. Fortrinnsvis er pinjongen 180 og vekselsettet 175 fullstendig avstøttet av rullelagre.

Ved normal drift av sluseventilinnretningen 100 dreier en operatør ventilrattet 185 for derved å utøve dreiemoment som overføres til pinjongen 180, til vekselsettet 175, til rotasjonsanordningen 170 og til kulemutteren 160. En slik vekselreduksjonsanordning bidrar betydelig med reduksjon av dreiemomentet som kreves av en operatør for å dreie ventilrattet 185. Når kulemutteren 160 roteres vil kulene 165 og gjengene av kuleskruakselen 140 omforme rotasjonskraften til aksiell kraft som utøves på kuleskruakselen 140. Kuleskruen bidrar også betydelig med reduksjon av dreiemoment som kreves av en operatør for å dreie ventilrattet 185. Det resulterende aksielle trykket overføres fra kuleskruakselen 140, til ventilspindelen 135 og til porten 120. Det er ved hjelp av en slik montasje at det dreiemoment som kreves for å aktivere sluseventilinnretningen 100 vil kunne reduseres. Antallet av ventilrattomdreininger som kreves økes, men ikke me-get. Det er ikke uvanlig at høytrykksfluid i strømningsbanen 110 inneholder abrasive partikler, som kan ha tendens til at porten 120 eroderes under gjennomgangen mellom åpen og lukket posisjon. Det minimaliserte antall omdreininger omformes til en hurtigere gjennomgang av porten 120, og således reduseres potensialet for porterosjon på grunn av abrasiver under overgangene.

Oppfinnelsen er derfor godt tilpasset for å oppnå de mål og fordeler som er nevnt, så vel som dem som hører naturlig med til denne. De spesielle utførelser som er beskrevet ovenfor er bare illustrerende, idet foreliggende oppfinnelse vil kunne modifiseres og

gjennomføres på forskjellige, men ekvivalente måter som fremgår klart for fagfolk som har utbytte av lærdommen her. Videre er det ikke tenkt noen begrensninger av de viste konstruksjonsdetaljer eller -former, andre enn som beskrevet i de vedføyde krav. Det er derfor klart at de spesielle illustrerende utførelsene som er beskrevet ovenfor vil kunne endres eller modifiseres, og alle slike variasjoner anses å ligge innenfor oppfinnelsens idé og ramme. Også uttrykkene i kravene har sin klare, ordinære mening hvis ikke an-net er tydelig og klart definert av patentinnehaveren.

Claims (20)

1. Sluseventilinnretning (100), omfattende: et vekselsett /175) omfattende en flerhet av veksler som er innrettet til å tilveiebringe et utgående dreiemoment, hvor det utgående dreiemoment er større enn det inngående dreiemoment; en kulemutter /160) som er anbragt slik i forhold til vekselsettet (175) at det utgående dreiemoment bevirker rotasjon av kulemutteren (160); en flerhet av kuler (165); en aksel (140), hvor akselen (140), flerheten av kuler (160) og kulemutteren (160) er anordnet slik at rotasjon av kulemutteren (160) i forhold til akselen (140) bevirker aksiell bevegelse av akselen (140); en spindel (135) forbundet med akselen (140); et deksel (145), hvor spindelen (135) strekker seg tettende gjennom dekselet (145); og en port (120) som er anbragt slik i forhold til spindelen (135) at aksiell bevegelse av spindelen (135) bevirker bevegelse av porten (120).

2. Sluseventilinnretning ifølge krav 1, som ytterligere omfatter: en pinjong (180) som er anbragt slik i forhold til vekselsettet(175) at rotasjon av pinjongen (180) bevirker at det inngående dreiemoment utøves på vekselsettet (175).

3. Sluseventilinnretning ifølge krav 2, som ytterligere omfatter: et hjul (185), hvor rotasjon av hjulet bevirker rotasjon av pinjongen (180).

4. Sluseventilinnretning ifølge krav 1, som ytterligere omfatter: et ventillegeme (105) innbefattende en strømningsbane (110) som strekker seg helt gjennom dette og et ventillegeme-hulrom (115) som strekker seg i det minste delvis gjennom dette og krysser strømningsbanen (110), idet dekslet (145) er forseglingsmessig forbundet med ventillegemet (105) og grenser til en del av ventillegemets hulrom (115).

5. Sluseventilinnretning ifølge krav 4, som ytterligere omfatter: et balanseringsdeksel (150) som er forseglingsmessig forbundet med ventillegemet (105) og er anbragt hovedsakelig overfor dekslet (145); og en balanserende ventilspindel (195), hvor den balanserende ventilspindel er forbundet med porten (120) og strekker seg forseglingsmessig i det minste delvis gjennom balanseringsdekslet (150).

6. Sluseventilinnretning ifølge krav 4, som ytterligere omfatter: to seter (125) i forseglingsmessig kontakt med ventillegemet (105), hvor porten (120) står i forseglingsmessig forbindelse med setene (125) og er bevegelig i ventillegemets hulrom (115) mellom i det minste to posisjoner, slik at porten (120) i det minste delvis muliggjør, eller i det minste delvis begrenser, strømning gjennom strømningsbanen (110).

7. Sluseventilinnretning ifølge krav 1, som ytterligere omfatter: et fiksert rotasjonsorgan (170) som er forbundet med kulemutteren (160).

8. Sluseventilinnretning ifølge krav 7, som ytterligere omfatter: en flerhet av lagre som understøtter det faste rotasjonsorgan (170) og kulemutteren (160).

9. Sluseventilinnretning ifølge krav 8, som ytterligere omfatter: en flerhet av rullelagre.

10. Sluseventilinnretning ifølge krav 9, hvor vekselsettet (175) understøttes av flerheten av rullelagre.

11. Sluseventilinnretning omfattende: et ventillegeme (105) som inkluderer en strømningsbane (110) som strekker seg helt gjennom dette og et ventillegeme-hulrom (115) som strekker seg i det minste delvis gjennom dette og krysser strømningsbanen (110); et deksel (145) som er forseglingsmessig forbundet med ventillegemet (105) over ventillegemets hulrom (115); to seter (125) i forseglingsmessig kontakt med ventillegemet (105); en port (120) som står i forseglingsmessig kontakt med setene (125)og er bevegelige i ventillegemets hulrom (115) mellom i det minste to posisjoner, slik at porten (120) i det minste delvis muliggjør eller i det minste delvis begrenser strømning gjennom strøm-ningsbanen (110); en ventilspindel (135) som er forbundet med porten (120), hvor ventilspindelen strekker seg tettende gjennom dekselet (145); en aksel (140) forbundet med ventilspindelen (135), slik at lineær kraft som utøves på akselen overføres til ventilspindelen; en kulemutter (160); en flerhet av kuler (165) som forbinder kulemutteren (160) og akselen (140) innbyrdes, slik at rotasjon i forhold til kulemutteren og akselen bevirker aksial bevegelse av akse len, et ventilratt (185); og en vekselreduksjonsanordning forbundet med ventilrattet (185) og kulemutteren (160), slik at en inngående rotasjonskraft som utøves på ventilrattet (185) omformes til en utgående rotasjonskraft som utøves på kulemutteren (160).

12. Sluseventilinnretning ifølge krav 11, som ytterligere omfatter: et balanseringsdeksel (150) som er forbundet med ventillegemet (105) og er anbragt hovedsakelig overfor dekslet (145).

13. Sluseventilinnretning ifølge krav 12, som ytterligere omfatter: en balanserende ventilspindel (195), hvor den balanserende ventilspindel er forbundet med porten (120) og i det minste strekker seg forseglingsmessig gjennom balanseringsdekslet(150).

14. Sluseventilinnretning ifølge krav 11, som ytterligere omfatter: et fast rotasjonsorgan (195) som er forbundet med kulemutteren (160).

15. Sluseventilinnretning ifølge krav 14, som ytterligere omfatter: en flerhet av lagre som understøtter det faste rotasjonsorgan (170) og kulemutteren (160).

16. Sluseventilinnretning ifølge krav 11, som ytterligere omfatter: en pinjong (180) som er forbundet med ventilrattet (185).

17. Sluseventilinnretning ifølge krav 11, som ytterligere omfatter: en flerhet av rullelagre.

18. Sluseventilinnretning ifølge krav 17, hvor vekselreduksjonsanordningen omfatter et vekselsett (175), idet vekselsettet understøttes av flerheten av rullelagre.

19. Fremgangsmåte for å styre en fluidstrøm gjennom en strømningsbane (110), hvilken fremgangsmåte omfatter å utøve en inngående rotasjonskraft på et hjul (185), hvor den inngående rotasjonskraft bevirker at en vekselreduksjonsventil tilveiebringer en utgående rotasjonskraft; å overføre vekselreduksjonsventilens utgående rotasjonskraft til en kulemutter (160) eller en aksel (140); å omdanne den utgående rotasjonskraft til en lineær kraft idet en flerhet av kuler (165) samvirker med i det minste enten kulemutteren (160) eller akselen (140); å utøve den lineære kraft på en port (120); og å bevege porten (120) mellom i det minste to posisjoner, slik at porten (120) i det minste delvis muliggjør, eller i det minste delvis begrenser, strømmen gjennom strømningsba-nen (110).

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor overføringen av vekselreduksjons-ventilanordningens utgående rotasjonskraft enten til kulemutteren (160) eller akselen (140) omfatter å forhindre den andre av enten kulemutteren eller akselen i å rotere.