NO874115L - Anordning og fremgangsmaate for fluidumsstroemningsisolasjon og styring. - Google Patents

Description

Denne søknad er en continuation-in-part søknad av eksister-ende søknad nr. 675.825 inngitt 28.november 1984 med tittel FLUID-FLOW CONTROL VALVE AND METHOD, som er en continuation-in-part søknad av søknad nr. 398.845 inngitt 16. Juli 1982 og med tittel FLOW LIMIT VALVE.

Fluidum under trykk blir vanligvis styrt ved hjelp av en ventil som omfatter et ventilsete og et tilpasset element som kan styrbart plasseres relativt ventilsetet. Imidlertid er posisjonen for tilpasningselementet relativt ventilsetet innenfor ventilen typisk styrt fra utsiden av ventilen med hjelp av glidende eller roterende tetninger som omgir en viss del av det bevegelige elementet som trenger gjennom ventilen.

Ventiler for styring av giftig fluida under trykk er kjent for å unngå glidende eller roterende tetninger ved å basere seg på magnetfelt som tilføres eksternt til å styre operasjo-nen av innvendige ventildeler. Magnetisk aktiverte ventiler av forskjellige typer er omhandlet i litteraturen (se eksempelvis US patenter 3.783.887; 4.331.171; 4.382,449; 4.114.852; 1.132.570; 3.877,478; 3.774,878; 3.212.751; 4.506.701; 4.350.182; 4.349.042; 4.018.419 som ble anført i tidligere nevnte relaterte søknad).

I henhold til de foretrukne utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse, kan enkeltvirkende og dobbeltvirkende ventilelementer magnetisk styres fra et sted som ligger utenfor ventillegemet for å tilveiebringe fluidums-strøm-ningsstyring og fluidums-systemisolering uten de potensielle risikoer med glidende eller roterende tetninger mellom fluidumssystemet og miljøet. Den ventildannende anordning og fremgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelse tillater således hensiktsmessig styring av fluida under trykk ganske enkelt ved å manipulere styrken og orienteringen av et eksternt magnetfelt som anvendes på internt magnetisk-reagerende ventilelementer. Enkelt-virkende ventiloperasjon i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse kan tjene som en trykk-forbedret, normalt lukket ventil som kan magnetisk aktiveres til å føre fluida i nedstrøms-retningen fra fluidumstilførselen. En dobbeltvirkende ventil i henhold til en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse kan tjene som en trykk-forbedret isolasjonsventil som hindrer fluidumsstrømning i begge retninger, eksempelvis under forhoold med for stort mottrykk, Inntil magnetisk aktivert av et utvendig, styrende magnetfelt. Figur 1 er et illustrerende snittriss av en generelt sylindrisk-formet ventil i henholdt il enutførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, som opererer i normalt lukket tilstand; Figur 2 er et illustrerende snittriss av utførelsesformen i figur 1 vist opererende i den aktiverte eller åpne modus til å føre fluidum under trykk; Figur 3 er et illustrerende snittriss av en annen utførelses-form av den foreliggende oppfinnelse tilsvarende utførelses-formen i figur 1, som gir tetninger mot toveis fluidumsstrøm-ning i normalt lukket operasjon; Figur 4 er et illustrerende snittriss av utførelsesformen i figur 3 vist opererende i den aktiverte eller åpne modus til å føre fluidum under trykk; og Figurene 5a og 5b er illustrerende snittriss av en utfør-elsesf orm av ventilen i figur 3 hvor veggene av åpningen er avsmalnende til å etablere forskjellige grenser av fluidumstrykk mot hvilke ventilen kan åpnes.

Idet der nå vises til figur 1, er der vist et tverrsnittriss av en generelt sylindrisk ventil i metallegemet 9 som omfatter enhetlige fluidumsporter 11 og 13. Alternativt kan fluidumsportene 11 og 13 sveises til legemet 9 under anvendelse av elektronstrålesveisingsteknikker, eller lignende, for å eliminere gjenger, flenser og andre diskontinuiteter og tilhørende sannsynligheter for lekkasjer. Hver av fluidumsportene 11 og 13 er koplet til en respektiv innvendig kanal 15, 17, som er koblet til hverandre gjennom åpning 19. Fluidums-strøm gjennom ventilen styres ved hjelp av avstanden eller inngrepet mellom den tettende overflaten 21 som omgir åpningen 19 og et elastomert ventilsete 23 som føres på bevegelige element 25. Elementet 25 er generelt sylindrisk og er montert for glidebevegelse innenfor fluidumskanalen 15 i en retning som bærer ventiltetningen 23 inn i eller vekk fra tettende Inngrep med den tettende overflaten 21 på åpningen 19. Elementet 25 omfatter et avtettet innvendig, langstrakt sylindrisk kammer 27, som inneholder en generelt sylindrisk formet magnet 29 som er fri til å gli fra en ende til den andre innenfor kammeret 27.

En annen magnet 31 kan innkapsles i endekapselen 33 som er anbragt i fluidumskanalen 17. Magneten 31 er plassert nær åpningen 19 i tett nærhet og i tiltreknignsorientering til magneten 29. Endekapselen 33 kan avtettes mot den nedre enden av legemet 9 og en endeplate 35 kan avtettes til den øvre enden til legemet 9 under anvendelse av elektronstrålesveisingsteknikker eller lignende for å unngå sammenføyninger som kan lekke. Således kan ventillegemet 9 og tilhørende elementer 11, 13, 33 og 35 alle formes av rustfritt stål, aluminium, plast ellere annet egnet ikke-magnetisk materiale som også kan strålesveises eller på annen måte avtettes mot lekkasjer.

Ventil utførelsesformen som er vist i figur 1 opererer I normalt-lukket molus på grunn av den magnetiske tiltrekning mellom magnetismene 29 og 31 som fører den elastomere tetningen 23 eller elementet 25 til tettende inngrep med den avtettende overlatene 21 på legemet 9 som omgir åpningen 19. Tetningen 23 kan være formet som en brikke av perfluorelasto-mer (tilgjengelig kommersielt som Kalrez, fra Du Pont Co.)»eller annet egnet kjemisk inert materiale, og kan formes eller innkapsles på enden av elementet 25 ved kold-valsing av en flens 37 innad på brikken 23, slik som vist. Med fluidum tilført under trykk til kanal 15 via fluidumsport 11, blir fluidumstetningen som dannes av og mellom tetningen 23 og overflaten 21 forbedret ved hjelp av trykkdifferensialet mellom kanalen 15 og 17 som virker på tverrsnittsarealet av åpningen 19. Denne trykk-forbedrede tetningskraft og den magnetisk-tiltrekkende tetningskraft må overvinnes for å åpne ventilen til å tillate fluidumsstrøm gjennom denne.

Idet der nå vises til figur 2, er der vist ventilutførelses-formen i figur 1, som opererer i den åpne posisjon under styring av en ekstern magnetisk aktivator 39. Denne magnet 39 tilveiebringer den styrende magnetiske fluks og er innkapslet i en manuelt-nedtrykkbar trykknapp 41. Trykknappen 41 fanges på utsiden av ventillegemet 9 av den sylin-driske føring 49 og er fJær-forspent 45 til den fjerntliggende eller innaktive posisjon som er vist i figur 1. Magnet 39 er vist til å være generelt større enn magneten 29, men det bør forståes at den magnetiske fluks fra magnet 39 bør være tilstrekkelig til å trekke magnet 29 vekk fra sin nedre posisjon innenfor kammeret 27 i tettenærhet til magnet 31 (således avtettende åpningen 19) til sin øvre posisjon innenfor kammeret 27 i tettenærhet til magnet 39. I denne øvre posisjon blir elementet 25 med tetning 23 beveget oppad og vekk fra tettende overflate 21 til å åpne åpningen 19 for fluidumsstrøm derigjennom. Også, med magnet 29 i denne øvre posisjon, blir dens tiltrekning til magnet 31 vesentlig redusert, slik at magnet 39 opprettholder styring over ventiloperasjonen så lenge som den er plassert nær endeplaten 35. Trykknappen 41 som bærer magnet 39, kan "låses" i denne styreposisjon av innadflensen 47 på føringen 43 som danner inngrep med skulder 49 nær toppen av knappen 41. Selvfølge- lig vil det forstås at midler som er andre enn magnet 39 i trykknapp 41 kan anvendes for å styre ventilen. Eksempelvis kan en elektromagnet festes til ventillegemet på kjent måte for selektivt å etablere det nødvendige tiltrekkende magnet-feltet under elektrisk styring. På tilsvarende måte kan en luft-drevet plunger festes til ventillellgemet 9 og til magneten 39 på kjent måte for selektivt å plassere magneten 39 nær endeplate 35 under pneumatisk styring. Således blir fluidumsstrømmen gjennom denne utførelsesform av ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse styrteksternt ved magnetisk å tiltrekke de relativt bevegelige tetningselementene til tettende inngrep, og ved å omplassere en bevegelig magnet som bæres av et tetningselement vekk fra dens ene posisjon med tettende inngrep (ved dens tett-adskilte tiltrekning til en forspenningsmagnet) til en annen posisjon som er tett hosliggende en tiltrekkende, styrende magnet og som er vesentlig adskilt fra forspenningsmagneten.

I visse fluidums-strømnlngs styrehenseender ifølge den foreliggende oppfinnelse, er det viktig å sikre at mottrykk på utløpssiden av ventilen ikke kan overvinne den magnetisk-forbedrede, trykk-forbedrete tetning og tvinge fluidum tilbake gjennom ventilen. Ved slike anvendelser er det fordelaktig å avtette både innløps- og utløpssiden av ventilåpningen 19 i henhold til en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, som vist i figur 3. I den figuren bærer elementene som er lik elementene vist i figur 1 de samme betegnelser. Det bør bemerkes at, i denne viste utførelsesform i figur 3, er en magnet 32 (for tiltrekning av magneten 29 som bæres i element 25 til tettende Inngrep) selv innkapslet i et bevegelig tettende element 34 som innbefatter en elastomer tetning 24. Således, med magnetene 29 og 32 anbragt i tiltrekkende orientering og båret av sine respektivt tettende elementer 25 og 34, er åpningen 19 avtettet fra begge sider ved hjelp av tetning 23 som danner inngrep med den omgivende øvre overflate 21 og ved hjelp av tetning 24 som danner inngrep med den omgivende nedre overflate 22. Disse magnetisk-forbedrete tetninger forbedres ytterligere av nettofluidumstrykk i kanal 15 (hvilket forbedrer tetning 21, 23) eller ved hjelp av netto fluidumstrykk i kanal 17 (som forbedrer tetning 22, 24), hvorved sikres fullstendig isolasjon mellom fluidumsportene og kanalene som kopler til åpning 19. En annen magnet 38 (vist mindre for å angi en kilde av relativt lavere-nivå magnetisk fluks) er innkapslet innenfor endekapselen 36 i tiltrekkende orientering til en magnet 32, og endekapselen 36 er strålesveiset til legemet 9, som omtalt tidligere, for å eliminere sammenføyninger og muligheten for lekkasjer. Magneten 38 med lav-nivås fluks er således ikke i stand til å overvinne den tiltrekkende kraft mellom magnetene 29 og 32 som forspenner tetningene lukket, og ventilen opererer normalt lukket, som beskrevet ovenfor.

Idet der nå vises til figur 4, er der vist ventilutførelses-formen ifølge figur 3 aktivert til å åpne åpningen 19 i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Nærmere bestemt vil magnettiltreknlngen mellom magnetene 29 og 39 (når magneten 39 omplasseres, ved aktivering av knapp 41, til tett nærhet med endeplaten 35), omplassere magneten 29 til den øvre posisjonen innenfor kammeret 27 og bærer element 25 og tetning 21 vekk fra inngrep med den tettende overflaten 21. Denne omplassering av magneten 29 vekk fra magneten 32 reduserer vesentlig tiltrekningskraften mellom disse, og magneten 32 tiltrekkes med større nettokraft mot magneten 38. Elementet 34 som bærer magneten 32 og tetningen 24 er således glidbart omplassert vekk fra tettende inngrep mellom tetningen 24 og overflaten 22, og tettenærhet til magneten 38.

Ventilen fortsetter å operere i den åpne modus, som vist, under styringen av magnetisk fluks fra magneten 39. Så snart magneten 39 er omplassert fjerntliggende fra endeplaten 35 (eller den magnetiske fluks for en ekvivalent elektromagnet reduseres), blir netto tiltrekningskraft mellom magnetene 29 og 32 på ny gjenvunnet, magneten 29 omplasseres Innenfor kammeret 27 tett hosllggende åpningen, og de respektive elementer 25 og 34 og tetningene 23, 24 omplasseres mot begge tetningsoverflater 21, 22 på åpningen 19. Tiltrekningskraften mellom magnetene 38 og 32 reduseres og overvinnes av tiltrekningskraften mellom magnetene 29 og 32 til å gjenvinne ventilen til normalt-lukket operasjon, som vist i figur 3. Således vil fluidumsstrømning gjennom denne utførelsesform av ventielen ifølge den foreliggende oppfinnelse ytterligere styres ved omplassering av bevegelig, tiltrekkende magneter som bæres av bevegelige tetningselementer som er anbragt på hver side av en åpning vekk fra deres respektive posisjoner av tettende inngrep med åpningen, til andre posisjoner for deres respektive tetningselementer vekk fra tettende inngrep med åpningen og meget nærliggende andre respektive tiltrekkende magneter.

Det bør bemerkes at ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse sikrer en sikkerhetsmargin mot åpning under forhold med overtrykksetting av fluidumstilførselen. Den trykkforbedrete tetning mot fluidumsstrømning, som tidligere beskrevet, og den begrensede magnetiske kraft som er tilgjengelig internt for å aktivere elementene 25 og 34 etablerer et maksimums-trykk over hvilket ventilen ikke kan åpnes. Dette er særlig viktig dersom ventilen plasseres i et system oppstrøms relativt en beholder av glass eller kvarts (slik det er vanlig innenfor halvleder fremstillingssystemer) som kan briste eller skades ved for stort fluidumstrykk. Således, i motsetning til konvensjonelle ventiler som kan tvinges åpne under manuell styring, eller ved hjelp av tilstrekkelig lufttrykk eller elektromagnetisk kraft som tilføres ventilen, vil operasjon av den foreliggende ventil i overtrykks tilførselstilstander forbli immun overfor eksternt-tilførte krefter som uforsiktig tilføres for å tvinge den åpen. Hardere nedtrykning på knappen 49 vil ikke gi mere kraft til å åpne ventilen enn hva som kan tilveiebringes ved hjelp av magnetenes 29 og 39 magnetiske tiltrekning. Den kraft som er tilgjengelig fra disse magneter kan således kun overvinne en viss begrenset tilførsel av fluidumstrykk som virker på åpningens effektive areal. For en større åpning og de samme magnetene 29 og 39, kan kun et lavere nivå av tilførselstrykk overvinnes til å åpne ventilen. Idet der derfor vises til figurene 5a og 5b, er der vist et snittriss av en annen utførelsesform av ventilen i figurene 3 og 4 hvor veggene i åpningen 19 er avsmalnet slik at ventilseteoverflåtene 21 og 22 tilveiebringer forskjellige arealer over hvilke innløps-trykket og utløpstrykket eller mottrykket, opererer. I henhold til dette trekk ved foreliggende oppfinnelse, kan ventilen konstrueres til å åpne på innløpssiden mot et relativt høyt tilførselstrykk, mens utløpssiden kun kan åpnes mot utløps eller mottrykket av lavere nivå.

Derfor gir fluidumsstrømningsisolasjonen og stryreanordningen og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse pålitelig normalt lukket operasjon som kan styres eksternt ved hjelp av magnetisk middel uten behov for glidende tetninger eller belger mellom innvendige fluidumskanaler og omgivelsen. I tillegg kan integriteten mot tilbakestrømning gjennom ventilen bevares 1 henhold til den foreliggende oppfinnelse ved å tilveiebringe dobbelt-virkende tetningselementer på begge sider av en åpning under den samlede styring fra en enkelt magnetisk fluks-kilde.

Claims (7)

1. Anordning for å styre strømningen av fluidum under trykk, karakterisert ved et legeme som har en første fluidumskanal deri og en andre f luidumskanal deri og som har en åpning deri mellom den første og andre fluidumskanalen, et element montert innenfor den første fluidumskanalen for selektiv bevegelse inn i og vekk fra inngrep med åpningen for selektivt å danne en fluidumstett tetning dermed, idet nevnte element innbefatter et langstrakt kammer deri som er i alt vesentlig innrettet med bevegelsesretningen av elementet, en første magnet som er glidbart anbragt innenfor nevnte kammer for bevegelse mellom en første posisjon hosliggende åpningen og en andre posisjon fjerntliggende fra nevnte åpning, en andre magnet plassert innenfor den andre fluidumskanalen for magnetisk å tvinge den første magneten inn i nevnte posisjon og å tvinge elementet til inngrep med nevnte åpning, og magnetmiddel anbragt utvendig relativt den første og andre fluidumskanalen for selektivt magnetisk å aktivere nevnte første magnet til å gli innenfor nevnte kammer til nevnte andre posisjon og tvinge elementet vekk fra inngrep med nevnte åpning.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte magnetmiddel omfatter en tredje magnet anbragt utenfor nevnte første og andre kanaler til å bli plassert selektivt hosliggende nevnte element og fjerntliggende fra nevnte element og tiltrekkende orientert relativt nevnte første magnet, idet nevnte tredje magnet har magnetisk fluksstyrke til å tiltrekke nevnte første magnet inn i nevnte andre posisjon og nevnte element vekk fra tettende inngrep med nevnte åpning når nevnte tredje magnet plasseres hosliggende nevnte element.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte andre magnet bæres av et hjelpeelement som har tetningsmiddel derpå og som er anbragt innenfor nevnte andre fluidumskanal for selektiv bevegelse inn i og vekk fra tettende inngrep med nevnte åpning for selektivt å danne en fluidumstett tetning dermed, idet nevnte andre magnet og hjelpeelement på ettergivende måte tvinges vekk fra tettende inngrep med åpningen, og idet nevnte andre magnet og nevnte første stilling har tilstrekkelig magnetisk tiltrekningskraft til å beholde hvert av nevnte element og nevnte hjelpeelement i fluidumstett tettende inngrep med nevnte åpning.

4 . Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved en fjerde magnet som er anbragt nær den andre magneten for magnetisk å tvinge den andre magneten og hjelpeelementet som bærer den andre magneten i en retning vekk fra Inngrepet av hjelpeelementet med nevnte åpning, idet nevnte fjerde magnet har tilstrekkelig magnetisk tiltrekningskraft til å tvinge hjelpeelementet og den andre magneten som bæres derved vekk fra tettende Inngrep av hjelpeelementet med åpningen, mens nevnte første magnet er 1 nevnte andre posisjon, og utilstrekkelig magnetisk tiltrekningskraft til å overvinne tiltrekningskraften mellom den første og andre magneten med nevnte første magnet i nevnte første stilling.

5. Fremgangsmåte for å styre fluidumsstrømning gjennom relativt bevegelige tetningselementer mellom første og andre fluldums-kanaler innenfor et stivt legeme, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter: bevegelig å plassere et av tetningselementene relativt til et annet av tetningselementene innenfor legemet for selektivt å etablere tettende inngrep derimellom, å etablere en magnetfeltkilde selektivt plasserbar på nevnte ene tetningselement ved steder som er adskilt i en retning i alt vesentlig innrettet med bevegelse for det ene tetningselementet, å plassere en magnetfelt hjelpekilde relativt tetningselementene for samvirke med magnetfeltkilden anbragt i en stilling nær hjelpekilden til å tvinge tetningselementene inn i tettende inngrep, og å anvende et magnetfelt med styrke og orientering for plassering av magnetfeltkilden i avstand fra nevnte hjelpekilde til å redusere samvirket dermed og tvinge tetningselementene vekk fra tettende inngrep.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at trinnet med plassering av en hjelpekilde innbefatter glidbart å montere hjelpekilden med hjelpetet-ningsmiddel dermed for selektivt tettende inngrep med åpningen, og innbefatter ettergivende å tvinge hjelpekilden med hjelpetetningsmidlet vekk fra tettende inngrep, og kildens og hjelpekildens magnetiske tiltrekningskraft overvinner den ettergivende tvang med nevnte kilde på et sted nær åpningen til å tiltrekke nevnte element og nevnte hjelpeelement inn i respektivt tettende inngrep med nevnte åpning.

7. Anordning som angitt 1 krav 3, karakterisert ved at nevnte åpning avsmalner utad mot nevnte andre fluidumskanal til å etablere større tverrsnittsareal derav i den andre fluidumskanalen enn i den første fluidumskanalen.