NO810287L - Fordelingsventil. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fordelingsventil be-

regnet til bruk i f.eks. et filtreringsanlegg for plast-materialer, for å fjerne forurensninger før det fremstilles produkter, idet ventilen leder en strøm av viskøst material mellom altenative filtre..

I mange fremstillingsprosesser som omfatter bruken av fluider, slik som "hot melt" og monomerer og polymerer, f.eks. poly-amid og polyester, er det ønskelig å operere med kontinuerlig fluidstrøm. Slike prosesser kan f.eks. omfatte ekstru-dering, injeksjon, sprøytestøping, overflatebehandling og sprøyting, f.eks. ved fremstilling av syntetiske tekstil-fibre, plastrør, plastark og plastfilmer samt beskyttende eller isolerende belegg for elektriske ledninger.

I slike prosesser er det vanlig praktisk å anvende en filter-enhet i fluidstrømmen, for å oppnå fjernelse av forurensninger som kan medføre dårlige produkter eller tilstopping av utstyr, slik som spinnedyser eller ekstruderings-dyser. Filtréne må naturligvis renses eller utskiftes periodisk.

For å oppnå uavbrutt drift anordnes derfor to parallelle filterenheter (hver av disse kan bestå av mere enn ett filter-element) sammen med fordelingsventiler, for alternerende å sende fluidstrømmen gjennom de to filterenheter, slik at -

en enhet er i virksomhet, mens den annen rengjøres eller skiftes ut. Det er vanligvisønskelig i slike prosesser at veksling mellom filterne kan utføres uten noen vesentlig reduksjon av fluidstrømmen eller trykket til utstyret, og uten at fluidstrømmen tilføres luft.

Et hovedproblem ved utvikling av et system som beskrevet ovenfor er å komme frem til fordelingsventiler som er drifts-sikre ved de trykk (omtrent 35 M Pa) og de høye temperaturer (omtrent 315°C) som opptrer i de meget korrosive omgiv-elser som bevilges av materialet som strømmer.

For det meste er det i tidligere kjente fordelingsventiler anvendt et dreielegeme for å styre strømmen av materialet. Slike ventiler omfatter et sylindrisk eller konisk element

som passer inn i en åpning i et ventilhus, idet elementet

har åpninger som må være nøye tilpasset for oppnåelse av

den ønskede strømning. Slike ventiler med dreielegemer har når de utsettes for de nødvendige trykk og temperaturer en tendens til å sette seg fast. Dersom delene ikke er til-strekkelig nøyaktig tilpasset eller det oppstår lekasje er det ingen mulighet for at ventillegemet og huset kan trykkes sammen for å unngå feilen. Eksempler på slike kjente ventiler med dreielegemer er beskrevet i de US-PS- 3.033.256, 3.059.276, 3.193.877, 3.243.649, 3.455.357, 3.480.706, 3.503.096, 3.679.060, 3.935.108 og 3.940.222.

Der er også kjent å anvende sleideplater for å fordele en strøm av material. Slike sleideplater i henhold til tidligere kjent teknikk krever imidlertid ikke - metalliske elastiske pakninger for å hindre lekasje. Slike pakninger tåler ikke høye temperaturer og trykk i lengere tid, og ventilen er derfor ikke driftssikker annet enn i meget korte perioder eller under andre forhold. Eksempler på innretninger der det benyttes sleideplater av forskjellige typer i et filtreringsanlegg for plast fremgår av de følgende US-PS: 2.661.497, 2.763.308, 2.786.504, 3.007.199, 3.059.276, 3.112.525, 3.145.746 og 3.503.096. Dessuten har det lenge vært kjent forskjellige sléideventiler for fordeling av fluid-strøm for forskjellige andre formål. De følgende US-PS beskriver slike innretninger:444.438, 994.544, 1.855.913, 1.930.827, 3.089.512 og 3.103.233. Dessuten vises til GB-

PS 845.187.

Det er foreslått å anvende en spoleventil for å unngå noen

av problemene med de kjente ventiler, slik som beskrevet i US-PS 3.833.121. Selv om en slik ventil gjør at noen av "problemene unngås, gjenstår allikevel et problem i spole-ventilen såvel som i mange av de kjente ventiler, både med dreielegemet og sleideplate. Dette problem er at strøm-ningsbanen som materialet passerer omfatter isolerte områder som kan bevirke stagnasjon. D.v.s. at materialet beveger

seg til disse isolerte områder og blir liggende der. Av-hengig av typen av material kan det oppstå nedbrytning, med meget skadelig virkning på materialet. F.eks. når materialet er PVC vil stagnert material danne saltsyre og karbon, og vil øke i størrelse inntil det rager inn i materialstrømmen og avbryter og forstyrrer hele prosessen. Andre typer material, slik som polyetylen, kan bli fornettet eller forkullet i stag-nasjonsområdet, og vil bevirke geldannelse.

Det er således av vesentlig betydning å komme frem til en fordelingsventil for å styre materialstrømmen mellom filtrene som ikke medfører dannelse av isolerte områder som materialet kan strømme inn i og stagnere. Samtidig må ventilen være driftssikker i lang tid og ved høye trykk og temperaturer som opptrer for slike materialer, og dessuten må ventilens deler ikke bli sittende fast, ventilen må

ikke lekke, og den må kunne betjenes hurtig, samtidig med at ventilen enkelt og hurtig bør kunne ettersees og repareres hvis nødvendig.

Andre US-PS som angår tidligere kjent teknikk er : 3.501.806, 3. 145.746, 3.353.21 1 , 3.488.806, 3.480.706, 3.727.767., 2.095.064., 3.3.96.845, 2.709.451 , 3.025.873, 2.307.585 , 3.135.284, 3.643.692, 3.746.481, 3,817.668, 2.039.858, 2.186.266, 2.709.451 og 3.154.485.

Fordelingsventileni henhold til den foreliggende oppfinnelse, som er beregnet til bruk for høy viskøse fluider ved temperaturer som overstiger 2 05°C og trykk som overstiger 7 M Pa, omfatter en manifold av metall, som omfatter innløps-og ut-løpsåpninger, idet en sleideplate av metall har en strøm-ningskanal i en flate, for å slippe forbi fluidet som strøm-mer gjennom åpningene, slik at det muliggjøres en kontinuerlig strømning av fluidet i en bane som ikke har isolerte områder som kan bevirke stagnasjon av fluidet.

En ventil i henhold til oppfinnelsen omfatter nærmere be-stemt en manifold med innløps-og utløpsåpninger, og en sleideplate med en utsparing som er dimensjonert for å over-lappe innløpsåpningen og en av utløpsåpningene samtidig. Ved at sleideplaten beveges mellom to endestillinger, kan det strømmende material bringes til å strømme fra innløps-åpningen til den ene eller annen av utløpsåpningene, og således til det ønskede filter. En bakplate er anordnet for å holde sleideplaten i kontakt med manifolden hele tiden. Flere bolter forbinder bakplaten og manifolden, og kan just-eres for å gi et trykk mellom de tilstøtende flater på manifolden og sleideplaten slik at det oppnås tetning mellom disse. Tetningen oppnås utelukkende ved kontakt med metall mot metall mellom en plate på henholdsvis sleideplaten og manifolden.

For å oppnå de ønskede egenskaper for å gi tetning metall mot metall, må de flater som er i innbyrdes kontakt og danner tetning være meget harde, plane og må ha glatt overflate. Det er tidligere kjent å oppnå ønsket hardhet ved å anvende verktøystål som utgangsmaterial. For å oppnå den ønskede hardhet i overflaten og den ønskede anløping blir imidlertid materialet innkullet ved bruk av en gammel og velkjent prosess. Til tross for at slike materialer virker tilfreds-stillende når de er innkullet, er det funnet at når materi-alene utsettes for høye temperaturer (over 205°C) som kreves ved de anvendelser som ventilen i henhold til den foreliggende oppfinnelse er beregnet til, begynner det innkullede material å anløpe videre, og dette medfører at ventilens deler river og setter seg fast.

For å unngå dette problem utsettes overflatene av de deler som skal gli mot hverandre i ventilen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, for å gi tettning, for en nitrerings prosess. Den foretrukne nitrerings-prosess er den velkjente Floe-prosess, og etter at verktøystålet er herdet og anløpt, utsettes det for nitrerings-prosessen i til-strekkelig tid til at nitreringen skjer til en dybde av 0,25 mm inn i materialet, uten at denne dybde er kritisk. Det er funnet at ved utnyttelse av nitrerings-prosessen vil ventilen i henhold til oppfinnelsen, selv når den utsettes for høye temperaturer (315-370°C) i meget lang tid ikke utsettes for noen anløping, og ventilen vil derfor virke pålitelig i meget lang tid.

På i og for seg kjent måte ér det også gunstig å anvende ulike materialer som kommer i kontakt med hverandre, for å unngå riving. I henhold til oppfinnelsen er derfor en av de to tette flater som kommer i kontakt med hverandre, d.v.s. enten på manifolden eller på sleideplaten belagt med et hardt oveirflatebelegg, slik som f.eks. kirom. Begge kontakt-flatene som skal danne tetning er slipt og polert for å oppnå flater som effektivt gir den ønskede mekaniske tetning. Fortrinnsvis slipes først den flate som skal forkrommes, og belegges deretter til en tykkelse på omtrent 0,05 til 0,08mm med krom. Deretter slipes flaten og poleres til en planhet som er mindre enn 8 lysbånd over hele overflaten, fortrinnsvis omtrent 2 til 3 lysbånd. Overflaten på de flater som skal ligge mot hverandre har en ruhet på mindre enn0,0004mm, og fortrinnsvis på omtrent 0,0001 mm. Med en slik planhet og jevnhet oppnås det en tetning ved kontakt metall mot metall uten bruk av noen form for pakning.

I henhold til et annet trekk ved oppfinnelsen, og slik det skal forklares nærmere i det følgende, kan, dersom overflaten av sleideplaten ikke ligger innen det optimale området for planhet, dette motvirkes i en viss grad ved hjelp av plass-eringen av boltene, for å gi ønsket trykk mot sleideplaten.

For å unngå riving ved hjelp av innbyrdes forskjellige metal-ler, slik at sleideplaten er lette å bevege under vanlige bruksforhold, er bakplaten utformet for å utstyres med en lagerplate av aluminiumbronse, mot hvilken sleideplaten beveges under bruk.

Flere bolter er anordnet langs hver side av sleideplaten, for å gi et jevnt fordelt trykk, langs sleideplaten og å trykke tetteflatene sammen for oppnåelse av ønsket tetning for det material som behandles. Dette er ikke mulig ved tidligere kjente ventiler med dreielegeme. Hver av boltene er omgitt av en avstandshylse som også er laget av aluminiumbronse. Den ene siden av avstandshylsene har kontakt med sidekantene av sleideplatene, slik at sleideplaten holdes nøyaktig i ønsket stilling, hvorved utsparingen i sleideplaten er korrekt innrettet etter innløps- og utløpsåpningene i manifolden. Ved anordningen av avstandshylser av aluminiumbronse ligger innbyrdes forskjellige materialer mot hverandre for glidebevegelse, slik at det unngås riving mellom flatene på sleideplaten og avstandshylsene.

Det vil innses at det er meget vesentlig at den øvre og undre overflate av sleideplaten er innbyrdes parallelle og at sidene av sleideplaten også er innbyrdes parallelle. Denne parallellitet må ligge innen en total variasjon på omtrent 0.025 mm for den øvre og nedre plane flate, og innen omtrent 0,07 - 0,10 mm for sidene, for å styre sleideplaten og å opprettholde de gode strømningsforhold (eliminering av isolerte strømningsområder som kan forårsake stagnasjon) hele tiden og å unngå riving eller fastkilihg av sleideplaten mellom bakplaten og manifolden.

Det vil forstås at ved tilførsel av et ønsket material under trykk til fordelingsventilen oppstår det en kraft som søker å trykke den ene flaten på sleideplaten bort fra den til-støtende plate på manifolden. Denne kraft kan beregnes på en enkel måte, idet den utgjør produktet av det samlede arial som materialet under trykk påvirker og trykket i materialet. Denne kraft må motstås ved at det utøves en motkraft ved bruken av boltene. Det er funnet at for å motstå disse krefter og å oppnå ønsket tetning ved de temperaturer og trykk som fordelingsventilen i henhold til oppfinnelsen er beregnet for bør de krefter som oppnås ved tiltrekking av boltene være omtrent 1,6 ganger så store som de krefter som oppstår ved tilførsel av materialet under trykk.

Som det vil være Jcjent kan trykket i det strømmende material fra tid til annen forandre seg, ved enten å øke eller å avta. Når trykket øker må økningen opptas av materialet som ventilen er fremstilt av. Det er funnet at ved bruk av bolter i henhold til den foreliggende oppfinnelse vil slike bolter effektivt virke som fjører.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere, under henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser skjematisk et system der en fordelingsventil i henhold til oppfinnelsen anvendes. Fig. 2 viser en fordelingsventil i henhold til oppfinnelsen, sett fra siden. Fig. 3 viser en fordelingsventil i henhold til oppfinnelsen, sett fra en ende. Fig. 4 viser et vertikalt snitt etter linjen 4-4 i fig.3. Fig. 5 viser et horisontalt snitt etter linjen 5-5 i fig.4, og viser forholdet mellom sleideplaten og styreelementene.

Av figurene, og særlig av fig. 1 vil det fremgå et system

10 der en ventil i henhold til oppfinnelsen anvendes, vist skjematisk. Fig. 1 viser to filtere 12 og 14 som er tilkoblet ventiler 16 og 18, ved bruk av passende ledninger 20,22,24,26. Et ønsket material tilføres gjennom ledningen 28 til f ordelingsventilen '16 i innløpet, og forlater f ordelingsventilen 18 ved utløpet gjennom en ledning 30, som er tilkoblet det ønskede behandlingsutstyr, slik som en ekstruderingsmaskin, en spinnemaskin, støpeform eller lig-nende (ikke vist). Styreenheter 32 og 34 for ventilene er tilkoblet som vist med stiplede linjer 36 og 38 til ventilene 16 og 18, for å bevirke synkrom styring av disse (når dette er ønskelig), antydet med den stiplede linje 40 som forbinder enhetene 32 og 34.

Som vist i fig. 2 omfatter en fordelingsventil i henhold til oppfinnelsen, slik som ventilene 16 og 18 vist i fig.1, en manifold 50 og bakplate 52. En sleideplate 54 er anordnet mellom manifolden 50 og takplaten 52, og er innrettet til frem og tilbake gående bevegelse, slik som vist med pilen 56. Flere bolter 58-66 er anordnet langs sleideplaten 54,

og forbinder manifolden 50 og bakpiaten 52. Ved at det, slik som forklart ovenfor, anordnes flere slike bolter fordelt i lengderetningen av sleideplaten 54 utøves et jevnt trykk i hele den aktive lengde av tetningsflaten på sleideplaten, slik at det motvirkes eventuell ujevnhet i tetningsflaten på sleideplaten 54 som er i kontakt med tetningsflaten på manifolden 50. En tilsvarende rad av bolter er anordnet på den motsatte side av ventilen, slik det fremgår klarere av fig. 5. Et styreelement eller avstandselement S i form av en hylse omgir hvér av boltene, av grunner som skal forklares nærmere i det følgende.

Som vist i fig. 3 og 4 har manifolden en innløpskanal 70

og et par utløpskanaler 72 og 74. En utsparing 76 er anordnet i den øvre flate 78 på sleideplaten 54. Utsparingen 76 er slik utformet at når sleideplaten er i en av sine endestillinger. faller utsparingen nøyaktig sammen med åpningene i flaten 80 på maniforlden 50 slik som f.eks. åpningene 82

og 84 til kanalene 70 og 74. Når sleideplaten er i sin annen endestilling, dekker utsparingen 76 nøyaktig åpningene 82 og 86. Ikke viste stoppeanordninger kan være anordnet for sleideplaten. Det vil forstås at det strømmende material som kommer inn i kanalen 70 vil ledes enten til kanalen 72 eller kanalen 74, unntatt i den periode når sleideplaten 54 beveges fra en endestilling til den annen, hvorved utsparingen 76 vil dekke åpningen 82 og delvis dekke åpningene 84 og 86.

Som vist avgrenser bakpiaten 52 en utsparing 88 som innehold-er et element 90, fortrinnsvis av en aluminiumbronse, hvilket<1>element anvendes som lagerplate for undersiden 92 av

sleideplaten 54.

Som beskrevet ovenfor har flatene 78 og 80 på sleideplaten

54 og manifolden 50 en slik planhetbg glatthet at det oppnås tettning metall mot metall, slik at det strømmende material skal hindres i å lekke ut.

Fig. 5 viser den øvre side av sleideplaten 54, med utsparingen 76, samt boltene 58-68 på en side og boltene 58'-68' på den annen side av sleideplaten. Som det fremgår, særlig av fig. 4, er hver bolt omgitt av et styreelement S. Hvert styreelement eller hylse er fortrinnsvis fremstillt av en aluminiumbrohse, bg er i kontakt med de innbyrdes parallelle sidekanter 94 og 96, slik at sleideplaten 54 holdes i riktig stilling i forhold til manifolden, hvorved utsparingen 7 6 hele tiden overlapper åpningene 82 og enten 84 eller 86 av-hengig av hvilken endestilling sleideplaten 54 står i.

Det vil ses av en sammenligning mellom åpningene 82, 84 og

86 og utsparingen 76 og av den måte kanalene 70, 72 og 74

er anordnet, at det ikke finnes noe isolert område i eller i nærheten av strømningsbanen der det strømmende material kan stagnere. D.v.s. at material som st rømme r.inm.i.i f ordelingsventilen strømmer direkte gjennom strømningsbanen i ventilen uten å treffe hoe isolert område der strømmen av material" kan stoppe eller stagnere.

Oppfinnelsen utgjør.derfor en meget pålitelig fordelingsventil, som kan anvendes ved høye temperaturer og trykk for viskøse materialer, særlig monomerer og polymerer, som også kan være meget korrosive.

Claims (10)

1. Fordelingsventil med sleideplate, til bruk for høy-viskøse fluider ved temperaturer over omtrent 2 05°C og trykk over omtrent 7 M Pa, karakterisert ved at den omfatter en manifold av metall som danner fluidinnløp og - utløp og har en første tetteflate idet innløpet og utløpet har åpninger ved denne første tetteflate, en sleideplate av metall, som avgrenser en strømningskanal i en flate, for innstrømning av fluid som strømmer gjennom innløpet og å fordele fluidet til utløpet, for å oppnå en kontinuerlig strømningsbane for fluidet uten isolerte områder som kan bevirke stagnasjon, idet den nevnte flate har en annen tetteflate, og midler for å trykke den første og annen tetteflate til innbyrdes kontakt metall mot metall.

2. Ventil som angitt i krav 1, karakterisert ved at den første og annen tetteflate har en planhet over hele flatene som er mindre enn omtrent 8 lysbånd over hele flaten og en ruhet som er mindre enn omtrent 0.0004 mm.

3. Ventil som angitt i krav 2, karakterisert ved at tetteflatene er fremstilt av verktøystål som er herdet, anløpt og nitrerherdet, idet nitrerherdingen rager omtrent 0,25 mm inn i materialet.

4. Ventil som angitt i krav 3, karakterisert ved at en av tetteflatene er belagt med et annet material, for å eliminere riving.

5. Ventil som angitt i krav 1, karakterisert ved at midlene for å gi trykk mellom flatene omfatter en bakplate av metall, med sleideplaten anordnet mellom bakpiaten og manifolden, samt flere elastiske elementer som forbinder manifolden og bakpiaten.

6. Ventil som angitt i krav 5, karakterisert ved at de elastiske elementer utgjøres av flere bolter anordnet i samme antall på hver side av sleideplaten.

7. Ventil som angitt i krav 6, karakterisert ved at boltene har midler for å justere sammenpressingskraften i tetteflatene, og at disse midler er justert for å gi en kraft som er omtrent 1,6 ganger den kraft som oppstår på grunn av trykket i fluidet i strøm-ningsbanen, og som virker mot sleideplaten.

8. Fordelingsventil med sleideplate, til bruk for høy-viskøse fluider ved temperaturer over omtrent 205°C og trykk over omtrent 7 M Pa, karakterisert ved at en omfatter en manifold av metall, som avgrenser innløps- og utløpskanaler for fluid gjennom manifolden, idet manifolden har en første tetteflate, og idet kanalene har åpninger i denne tetteflate, og en sleideplate av metall som avgrenser en kanal i en flate samt en annen tetteflate i denne flate, idet sleideplat- - en er innrettet til å beveges mellom en første og annen endestilling, for å lede strømmen av fluid til den ene eller annen kanal i manifolden, idet den ytre begrensning av : kanalen i sleideplaten' hovedsakelig tilsvarer den ytre be-gresning av åpningene som fluidet strømmer gjennom, for hovedsakelig å eliminere.isolerte områder i fluidbanen som kan bevirke stagnasjon for fluidet, samt midler for å trykke den annen tetteflate mot den første tetteflate, metall mot metall.

9. Ventil som angitt i krav 8, karakterisert ved at midlene for å trykke flatene sammen omfatter en bakplate av metall, med sleideplaten anordnet mellom bakpiaten og manifolden, samt flere elastiske elementer som forbinder manifolden og bakpiaten.

10. Fordelingsventil til bruk for høyviskøse fluider ved temperaturer over omtrent 2 05°C og trykk over omtrent '/ M Pa, karakterisert ved at den omfatter en manifold av metall som danner fluidinnløp- og utløp og har en første tetteflate, idet innløpet og utløpet har åpninger i den første tetteflate, et element av metall som avgrenser en kanal i en flate, for innstrømning av fluid som strømmer gjennom manifolden og for å lede fluidet til et utløp, for å danne en kontinuerlig strømningsbane for fluidet, idet den nevnte flate har en annen tetteflate, idet den første og anne tetteflate er nitrerherdet, og midler for å trykke den første og annen tetteflate mot hverandre metall mot metall.