NO865340L - Tilbakeslagsventil. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en tilbakeslags- eller ikke-returventil, og nærmere bestemt en forbedret tallerkentilbakeslagsventil.

Oppfinnelsen er spesielt egnet for høytrykks tilbakeslagsventiler av liten størrelse og vil bli beskrevet med særlig referanse til dette; oppfinnelsen er imidlertid anvendbar på tilbakeslagsventiler av et stort størrelsesomf ang, og opererbar under et uttall trykkforhold.

Det har vært en pågående interesse å redusere dimensjonen og den totale lengde av tilbakeslagsventiler av tallerkentypen. De fleste tidligere konstruksjoner anvender en avlang tallerken som beveger seg mot forholdsvis lange føringsflater for å opprettholde konsentrisiteten. Alternativt er separate føringsstenger eller lignende anordnet i ventilkammere. Disse tilnærminger støter mot formålet av dimensjonsreduksjon eller resulterer i øket trykkfall gjennom ventilene.

Et annet problem med den typisk tidligere kjente tilbake-slagsventilkonstruksjon av tallerkentypen har vært tetningene. Utblåsning og stor slitasje på tetningene og utpressing av tetningsmaterialet ble ofte resultatet under høytrykksfor-hold eller tilstander av høyt mottrykk. De ulike forslag og konstruksjoner brukt til å overvinne disse problemer har generelt vesentlig forøket dimensjonene på tetningene, ventilelementene eller setene. I tillegg er konstruksjonene ofte komplekse og vanskelig å fabrikere.

Et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en tllbakeslagsventll av tallerkentypen som tilveiebringer praktiske og effektive løsninger på de ovenfor angitte problemer. Oppfinnelsen tilveiebringer en tallerkentilbakeslagsventil som er signifikant kortere og generelt enklere enn tidligere konstruksJ oner.

Følgelig er et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en tallerkentilbakeslagsventil som har en svært kort lengde.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe en tallerkentype ventil i hvilke ventllelementet har lav masse for derved å øke ventilens følsomhet.

Nok et formål er å tilveiebringe en ventil av den beskrevne type som er forholdsvis enkel og økonomisk å fabrikere.

Følgelig tilveiebringer oppfinnelsen en tilbakeslagsventil av tallerkentypen i hvilke en skulder er anordnet i ventilhuset mellom en innløpspassasje og et ventilkammer som har en sylindrisk indre vegg, og i hvilke et ventilelement i ventllkammeret presses av en spiralfjær for å tvinge et tetningselement på ventllelementet mot et ringformet ventilsete på skulderen, kjennetegnet ved at ventllelementet er tynt og skivelignende, og har et antall ben som forløper radielt fra en hovedsakelig sirkulær uperforert sentral seksjon på hvilke tetningselementet er montert og i glidbart samvirke med den sylindriske vegg, og ved at et tallerkenstoppelement er plassert mellom ventllelementet og fjæren og har et antall omkretsmessig avs tandsplasserte aksielt forløpende kraftpåførende element i samvirke med den sentrale seksjon av ventllelementet og i det minste en radielt ytre føringsflate for glidende samvirke med den indre vegg av ventllkammeret.

Nok et formål er tilveiebringelsen av en tallerkentilbakeslagsventil hvor tallerkenstopperen og tallerkenventilelementet blir ført av veggene til ventllkammeret og kan ha begrenset relativ vekslende eller vippende bevegelse uten å binde.

Arrangementet for ventllelementet og tallerkenstoppelementet kan være slik at begrenset relativ vipping kan finne sted mens begge elementer blir ført av veggene til ventllkammeret. Forbindelsesforholdet forhindrer binding av elementene selv om deres totale lengde aksielt av ventllkammeret er forholdsvis kort. Nok et formål med oppfinnelsen er tilveiebringelsen av en ventil av den omtalte type som anvender et tynt skivelignende vent ilelement konstruert for å begrense belastningspåføring mot tetningsringen.

I samsvar med et annet aspekt av oppfinnelsen, innbefatter ventllelementet en elastisk tetningsring som forløper mot setet ved et sted radielt innad av benene. Ringen er dimen-sjonert til å samvirke med setet omkretsmessig av innløpet. Det parti av ventllelementet som ligger innad av tetningsringen har en konisk flate slik at, når tetningen sammentrykkes mot setet, samvirker den koniske flate med overgangen mellom innløpet og ventilkammeret med linjekontakt for å tilveiebringe et ytterligere tetningsområde og forhindre ytterligere sammenpressing av tetningen. I samsvar med et mer begrenset aspekt, har tetningsringen fortrinnsvis et tverrsnitt slik at, ved sammentrykking, ekspanderer den radielt utad. Ventllelementet avlastes også i området omkretsmessig av tetningsringen for å tilveiebringe et rom inn i hvilke tetningsmaterialet kan deformere. Dette i kombinasjon med de koniske flater, begrenser den totale belastning på tetningen selv under ekstreme tilbakeslags- eller mottrykk.

Oppfinnelsen er ytterligere beskrevet, ved hjelp av et eksempel, med henvisning til de vedlagte tegninger hvor: Fig.l er en snittskisse i lengderetningen gjennom en tallerkentilbakeslagsventil i samsvar med en

foretrukken utførelse av oppfinnelsen;

fig.2 er en skisse i likhet med det sentrale parti i fig.l, men som viser ventilen i en åpen stilling;

fig.3 er en tverrsnittsskisse tatt langs linje 3-3 i fig.l;

fig.4 er en perspektivisk sprengskisse av ventilen

ifølge fig.l;

fig.5 er en forstørret snittskisse av ventllelementet

og setepartiet ifølge utførelsen i fig.l;

fig.6 er en vesentlig forstørret skisse av det

omsirklede parti i fig.5;

fig.7 er en skisse i likhet med fig.6, men som viser ventllelementet i en helt lukket metall-mot-metall tettende stilling;

fig.8 er en skisse i likhet med fig.2, men som viser

en modifisert form av oppfinnelsen, og

fig.9 er en perspektivskisse av komponentene brukt for å tilvirke det modifiserte tallerkenstoppelement ifølge utførelsen i fig.8.

Det vises nå til fig.l som viser hele arrangementet av en tallerkentype tilbakeslagsventil 10 som innbefatter et hus 12 bestående av han- og hunpartier 14 og 16 som danner huset. De ytre friender av huspartiene 14 og 16 er anordnet med egnede koblingsinnretninger 18 og 20 for å kunne koble ventilen til fluidledninger 22 og 24 respektivt. I den viste utførelse er koblingsinnretningene 18 og 20 vist som koblinger av sammen-presningstypen som er vel kjent i faaget, men enhver passende type koblingsinnretning kan anvendes for å kunne montere ventilen i fluidledninger.

Hushaivdelene eller partiene 14,16 er forbundet i avtettet forhold ved skruegjenger 26. Som best vist i fig.3, er hver av husseksjonene hensiktsmessig anordnet med skiftenøkkelfla-ter 28 for å lette kobling og frakobling. I tillegg er hushaivdelene avtettet relativt hverandre ved en 0-ring 30 og en støttering 32 båret i en forsenkning 34 i hanhuselementet 14.

Hanhuspartiet 14 er anordnet med en aksielt forløpende passasje 38. Passasjen 38 innbefatter en flens eller skulder-parti 42 med redusert diameter lokalisert i hovedsak midtveis mellom dens ender. Hunhuspartiet 16 er også anordnet med en aksielt forløpende gjennomgående passasje 44. Den sistnevnte innbefatter et første parti 46 og et andre parti 48 med større diameter. Partiene 46 og 48 er adskilt ved en radielt innad forløpende flens eller skulder 50 som definerer en innløpsåpning 52 med mindre diameter. Overflaten 54 av flensen 50 på høyre side er fortrinnsvis flat og forløper i hovedsak vinkelrett til lengdeaksen av huset 12. I den viste utførelse fungerer overflaten 54 som et ventilsete. Flaten 54 kunne ha andre utforminger, avhengig av arrangementet av det samvirkende ventilelement.

Som det kan sees samvirker det forstørrede boringsparti 48 av hunhuspartiet 16 sammen med venstre ende av hanhuspartiet 14 for å definere et forholdsvis kort, sylindrisk ventilkammer 56 med aksielt innrettede innløps- og utløpsåpninger.

Montert i ventllkammeret 56 for samvirke med setet 54 er et ventilskiveelement 60. Elementet 60 opprettholdes under et kontinuerlig spenn mot setet 54 ved en spiralfjær 62 virker gjennom et tallerkenstopperelement 64. Arrangementet aav ventllelementet 60 og tallerkenstopperelementet 64 i forhold til ventllkammeret 56 er viktig og kan best forstås i forbindelse med fig. 4 og 5. Det foretrukne arrangement av disse elementer tillater ventilen å være signifikant kortere enn tidligere kjente ventiler og eliminerer behovet for en separat føringsstruktur eller elementer. Spesielt, som vist i fig.3 og 5, innbefatter ventllelementet eller tallerkenen 60 et i hovedsak flatt, skiveformet legeme 66 dannet av ethvert egnet materiale, slik som rustfritt stål eller lignende. Legemet 66 har et uperforert, i hovedsak sirkulært senterparti med en diameter signifikant mindre enn diameteren til boringen 48, men større enn åpningen 52. Forløpende radielt utad fra det sirkulære senterparti er et antall tapper eller ben 68. Som best vist i fig.3 og 4, er benene 68 av lik lengde og er avstandsplassert ved like omkretsmessige avstander omkring omkretsen av legemet 66. Mens fire av tappene eller benene 66 er vist, kan dette antallet variere. Benene eller tappene 68 har fortrinnsvis en total radiell utstrekning kun noe mindre enn boringens 48 radius. Således fører de ytre endepartier av tappene 68 ventilen 60 i den indre flate av boringen 48 som definerer ventllkammeret. Rommet mellom hosliggende tapper 68 tilveiebringer en strømningspassasje når ventllelementet 60 er i åpen stilling som vist i fig.2.

Båret av legemet 66 og tilpasset til å samvirke med ventilseteflaten 54 er et ringformet elastomert tetningsringelement 72 formet av ethvert egnet elastomert materiale som er istand til å motstå de beregnede driftsforhold. Som best vist i fig. 5 og 6 er den elastomere tetningsring 72 fortrinnsvis bundet på plass i et aksielt forløpende, sirkulært spor 74 formet i venstre endeflate av ventilelementlegemet 66. Diameteren til tetningsringen 72 er noe større enn den innerste diameter av den setedannende flate 54, slik at - når i lukket stilling - samvirker tetningen omkretsmessig omkring innløpet. Som best vist i fig.6 har den radielt ytterste vegg 78 av sporet 74 en sideutstrekning vesentlig mindre enn den indre vegg 80. Det betyr at det ytre omkretsmessige parti av det sirkulære senter av skiven 66 er avskåret eller gitt klaring en avstand "d" som vist i fig.6. Betydningen av dette forhold vil bli beskrevet i det etterfølgende.

Det vises igjen til fig.6 hvor den eksponerte aksielle ende av tetningsringen 72 er formet ved krysning av to samoperer-ende flater 82 og 84. Den indre flate 84 er vist skråstilt slik at den danner en vinkel på omkring 45° med tetningsfla-ten 54. Flaten 82 på den andre side er noe mer vertikal og danner en vinkel på omkring 70° med flaten 54. Fig.6 viser ventllelementet 60 i en lukket stilling med den ytre ende av tetningsringen 72 i tettende kontakt med flaten 54. Med en økning i mottrykket eller trykket som virker på høyre side av ventllelementet 70, når sett i fig.6, blir tetningsringen 72 kontinuerlig sammentrykket etter som ventillegemet 66 beveger seg nærmere mot flaten 54. Formen av tetningsringen 72 bevirker tetningsmateriale til å deformere radielt utad. Det parti av vent i llegemet 66 som danner klaring ved avstanden "d" tidligere identifisert tilveiebringer rom for tetningsmateriale for å deformere eller presses ut under denne ytterligere bevegelse av ventllelementet. Den endelige maksimale bevegelsesutstrekning for elementet 66 i en lukkende retning er vist i fig.7. Ved dette tidspunkt dannes metall-mot-metall tettende kontakt mellom det indre parti av legemet 66 og tetningsf laten 54. Det overskytende tetningsmateriale deformeres inn i rommet som foreligger mellom det ytre omkretsmessige parti av skiven 66 og flaten 54.

For å forbedre metall-mot-metall kontakten og avtette venstre flate 67 av ventilen har skivelegemet 66 fortrinnsvis noe konisk utforming som best vist i fig.5. Dette tenderer til å skifte metall-mot-metall kontakten med linjekontakt mellom hjørnet 90 ved overgangen mellom flaten 54 og utløpspartiet av innløpsåpningen 52 (fig.7).

Som tidligere nevnt er ventilskiven 60 opprettholdt under et kontinuerlig press mot ventilseteflaten 54 ved spiralfjæren 62 som virker gjennom tallerkenstopperelementet 64. I den viste utførelse er tallerkenstopperelementet 64 anordnet til å tillate noe vipping eller skifting av ventilskiven mens den i hovedsak opprettholder den tilstrekkelig innrettet, for slik å forhindre binding med veggene av boringen 48. Spesielt, som best vist i fig.4 og 5 innbefatter tallerkenstopperelementet 64 et ytre ringformet randparti 94 hvis ytre omkrets 95 har en diameter noe mindre enn den indre diameter av boringen 48. Ved dens radielt indre kant er randpartiet 94 aksielt inntrykket som vist i fig. 5 for å tilveiebringe et sete 93 for å oppta eller motta og lokalisere enden av spiralfjæren 62. Et antall aksielt forløpende kraftpåførende elementer eller fingre 98 er utformet omkring den indre omkrets av randen 94. Fingrene 98 er jevnt avstandsplassert omkring den indre omkrets av randen 94. I den viste utførelse er fire fingre 98 vist, men fler eller færre kan anvendes uten å påvirke den totale funksjon av stoppelementet 64.

Fortrinnsvis blir elementet 64 utformet ved en presse eller stanseoperasjon og fingrene 98 er integrert med den ytre ring eller randparti 94.

Det vises igjen til fig.2. Når ventilen forflyttes til den åpne stilling under påvirkning av et høyere trykk i lnnløps-ledningen 24, forflyttes ventllelementet 60 og stopperelementet 64 til høyre, og overvinner spennet i fjæren 62. Den totale utstrekning av bevegelse til høyre er begrenset ved en stopper definert ved den innerste eller venstre ende 100 av hanhuselementet 14. Når ventilen er i den åpne stilling som vist i fig. 2, kan f luidstrømning finne sted rundt den ytre omkrets av skiveelementet 66 mellom de utad forløpende ben eller tapper 68, og deretter innad gjennom fingrene 98 av tallerkenstopperelementet 64. Under bevegelse av ventllelementet 60 og tallerkenstopperelementet 64 mellom åpen og lukket stilling, kan skifting og/eller en svak vippebevegelse av de to elementer finne sted i forhold til hverandre. Generelt er arrangementet imidlertid slik at elementene samvirker for å forhindre en vipping som er tilstrekkelig til å fremskaffe binding eller lignende mellom deres ytre periferier og den indre vegg av boringen 48.

På grunn av det beskrevne arrangement, kan hele ventilen ha en svært kort lengde og god føring og konsentrisitet av ventllelementet opprettholdes uten bruk av lange føringsfla-ter eller separate føringsstenger eller elementer. I tillegg kan hele massen til ventllelementet og tallerkenstopperen være liten som frembringer en forøket følsomhet og mer hurtig respons.

Fig.8 og 9 viser en alternativ form for tallerkenstopperelementet til ventilen. I alle andre henseender er utførelsen ifølge fig.8 og 9 identisk med den tidligere beskrevet med hensyn til fig.l - 7. Følgelig er like henvisnlngstall gjort forskjellig ved tillegg av et merke for å identifisere de samme deler. I denne utførelse innbefatter tallerkenstopperelementet 109 et par flate, noe pilformede elementer 110 og 112 som er best vist i fig.9. Elementet 110 innbefatter et sentralt legemsparti 114 som har en bredde w noe mindre enn den indre diameter avfjæren 62'. Et par vinger 116 forløper sideveis fra venstre ende av legemspartiet 114. Den totale bredde w' mellom de ytre ender 117 av vingene 116 er noe mindre enn boringen 48'. Elementet 112 har i hovedsak den samme utforming og bredden t av dettes hovedlegemsparti 118 er også noe mindre enn den indre åpningsdiameter av spiralfjæren 62'. Likeledes har utad forløpende vinger 120 en total bredde t merket mellom deres ytre ender 121 som også er noe mindre enn den indre diameter av boringen 48'. Ved venstre ende av hver av elementene 110 og 112 er det anordnet et rektangulært hakk 122 og 124 respektivt. Inntil hvert hakk er det skråstilte utad forløpende partier 126 og 126 respektivt. De to elementer 110 og 112 innbefatter samvirkende i lengderetningen forløpende slisser 130 og 132 som hver har en bredde lik med tykkelsen av det korresponderende element. Dette tillater de to element å bli glidbart sammenført for å danne et i hovedsak X-formet element som vist i fig.8. Ved bakre eller høyre parti av stopperelementet 109 er nært opptatt i spiralfjæren og mottar styring fra denne. De ytre endeflater av de utad forløpende vinger er på glidende måte styrt av boringen 48'. Kraft påføres fra fjæren 62' til ventllelementet 60' ved kontakt mellom de skråstilte partier 126,128 av elementene 110 og 112 respektivt. Denne alterna-tive form for tallerkenstopperelementet 109 tilveiebringer gode strømningskarakteristikker og påfører fjærkraften nærmere senteret av den bakre flate av tallerkenventilelementet 60'. Fordelen ved kraf tpåf ør ingen på denne måte er at i tilfelle av den venstre ende eller flate av fjæren 62' ikke er slepet nøyaktig flat, vil en mulig vipping påført tallerkenstopperelementet 109 ikke overføres til tallerkenventilelementet 60<*>. Denne utførelse tillater derfor større

toleranser med hensyn til produksjon av fjæren. I tillegg oppnår også denne utførelse svært god føring av både tallerkenstopperelementet og tallerkenventilelementet i seg selv uten bruk av forlengede føringsflater eller andre separate føringselementer.

Oppfinnelsen er blitt beskrevet med henvisning til den foretrukkede utførelse. Modifikasjoner og endringer er mulig innenfor rammen av de vedlagte krav.

Claims (15)

1. Tilbakeslagsventil av tallerkentypen i hvilke en skulder (50) er anordnet 1 ventllhuset (10), en innløpspassasje (46) og et ventilkammer (56) som har en sylindrisk indre vegg (48), og i hvilke et ventilelement (60) i ventllkammeret (56) er presset av en spiralfjær (62) for å tvinge et tetningselement (72) på ventllelementet (60) mot et ringformet ventilsete (54) på skulderen (50), karakterisert ved at ventllelementet (60) er tynt og skiveformet og har et antall ben (68) forløpende radielt fra en hovedsakelig sirkulær uperforert sentral seksjon (66) og på hvilke tetningselementet (72) er montert og som glidbart samvirker med den sylindriske vegg (48), og ved at et tallerkenstopperelement (64,109) er plassert mellom ventllelementet (60) og fjæren (62) og har et antall omkretsmessig avstandsplasserte og aksielt forløpende kraftpåførende elementer (98,126,128) som samvirker med den sentrale seksjon (66) av ventllelementet (60) og i det minste en radielt ytre føringsflate (95,117, 121) for glidende samvirke med den indre vegg (48) av ventllkammeret (56).

2. Tilbakeslagsventil ifølge krav 1, karakterisert ved at tetningselementet (72) er en tetningsring som har et tverrsnittsutseende slik at, under sammentrykning mot ventilsetet, deformerer tetningselementet radielt utad.

3. Tilbakeslagsventil ifølge krav 2, karakterisert ved at den sentrale seksjon (66) av ventllelementet (60) har utad av tetningselementet (72) et klaringsparti (d) inn i hvilke tetningselementet kan deformere under sammentrykning mot setet (54).

4. Tilbakeslagsventil ifølge krav 1-3, karakterisert ved at føringsflaten eller flatene (95,117,121) på tallerkenstopperelementet (64,109) er aksielt avstandsplassert fra benene (68) på ventllelementet (60) og tallerkenstopperelementet (64,109) og ventllelementet (60) er istand til begrenset vipping i forhold til hverandre.

5. Tilbakeslagsventil ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at tallerkenstopperelementet (64,109) har innretninger (93,114,118) for å lokalisere fjæren (62).

6. Tilbakeslagsventil ifølge krav 5, karakterisert ved at lokaliseringsinnretningene innbefatter et sirkulært forsenket parti (93) av tallerkenstopperelementet (64).

7. Tilbakeslagsventil ifølge krav 5, karakterisert ved at lokaliseringsinnretningene innbefatter i det minste et parti (114,118) av tallerkenstopperelementet (109) som forløper aksielt inn i fjæren (62).

8. Tilbakeslagsventil ifølge kravl -7, karakterisert ved at den radielt ytre føringsflate på tallerkenstoppelementet (64) er en ytre ringformet omkretsmessig flate (95).

9. Tilbakeslagsventil ifølge krav 1-8, karakterisert ved at tallerkenstoppelementet (64) innbefatter et i hovedsak ringformet legeme (94) og de aksielt forløpende kraftpåførende element innbefatter aksielt forløpende fingre (98) på den indre omkrets av det ringformede legeme (94).

10. Tilbakeslagsventil ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at de aksielt forløpende kraftpåførende elementer (98) er avstandsplassert i hovedsak med like avstander fra hverandre omkretsmessig av tallerkenstopperelementet (64).

11. Tilbakeslagsventil ifølge ett eller flere av kravene 1-7, karakterisert ved at de radielt ytre føringsf later på tallerkenstopperelementet (109) er på radielt forløpende vinger (116,120).

12. Tilbakeslagsventil ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at de radielt forløpende ben (68) av ventllelementet (60) er lokalisert ved hovedsakelig like avstander fra hverandre omkretsmessig omkring omkretsen av den sentrale seksjon (66).

13. Tilbakeslagsventil ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at tetningselementet er en tetningsring (72) heftet i et spor (74) i ventllelementet (60).

14. Tilbakeslagsventil ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at tetningselementet er en tetningsring (72) og den sentrale seksjon (66) av ventllelementet (60) har en konisk flate (67) innad av tetningsringen (72) for direkte samvirke med ventilsetet (54) under en forutbestemt sammentrykning av tetningsringen mot setet.

15. Tilbakeslagsventil ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at ventilhuset (12) innbefatter innretninger (100) for å begrense den maksimale bevegelsesutstrekning for tallerkenstopperelementet (64) i en retning bort fra ventilsetet (54).