NO894323L - Ventil. - Google Patents

Description

1. Oppfinnelsens felt: Foreliggende oppfinnelse har befatning med en ventil med innbyrdes bevegelige skivedeler, hver med en fluidåpning som kan bringes i og ut av fluidledende stilling for avleding av fluid til en utløpskanal, og vedrører, nærmere bestemt, forbedringer ved en slik ventil som omfatter et ventilhus i ett stykke med et innerkammer som kan oppta skivene og en rotordel ved at disse innføres gjennom innløpsåpningen for å plasseres i funksjonsstilling i ventilhusets innerkammer. 2. Beskrivelse av kjent teknikk: Oppfinnelsen har tilknytning til en ventil med en stasjonær skive og en dreibar skive som er innmontert, flate mot flate, i en fluidbane i et ventilelement i et ventilhus. Hver av skivene er forsynt med minst en kanal

eller åpning, og det er derved mulig å regulere fluidstrømmen gjennom ventilen ved dimensjonen av hullene i skiven samt graden av innbyrdes flukt mellom hullene i skiven. Vinkelbevegelse av den ene skive i forhold til den annen i ventilhuset gjennomføres ved dreiing av en hendel som er plassert på utsiden av ventilhuset men forbundet med den dreibare skive, for å dreie denne. Den dreibare skive kan beveges fra en fullt åpen stilling hvori hullet eller hullene i den ene skive flukter med hullet eller hullene i den annen skive for opprettelse av maksimal fluidstrøm gjennom ventilen, til en fullstendig lukket stilling hvori hullet eller hullene i de respektive skiver er ute av flukt med hverandre og sperret av massive partier av de innbyrdes motvendte skiver.

Ventilhuset for en slik ventil kan på i og for seg kjent måte være konstruert som en enhet bestående av to ventilhusdeler. Disse ventilhusdeler er forsynt med flenser som sammenboltes. Uansett hvor den befinner seg, må skillelinjen mellom ventilhus-delene alltid være sammenføyd og fluidtett forseglet. Når ventilen sammensettes, blir rotordelen plassert i innerkanalen i den fremre ventilhusseksjon og i anlegg mot en utadragende, ringformet vegg som danner endepartiet av innløpskammeret og forhindrer forskyving av rotordelen i innløpskammeret. Antallet deler som er nødvendig for det todelte ventilhus vanskeliggjør opprettelsen av den nødvendige, fluidtette forsegling av ventilen og øker omkostningene.

Ventiler av denne type er særlig egnet for regulering av fluidstrømmer fra olje- og gassbrønner o.l. En slik ventil kalles iblant "en struper" når den anvendes for å regulere strømningshastigheten av brønnproduksjonsfluider som kan inne-holde slipende bestanddeler, såsom sandpartikler. Fluidet som inntrenger i ventilen, kan befinne seg under meget høyt trykk, f.eks. av størrelse 210 kg/cm<2>. Åpningene i skivene har mindre tverrsnittsflate enn såvel et fremre innløpskammer som et bakre utløpskammer i et ventilhus. Åpningene i skivene forårsaker en akselerasjon av fluidet som strømmer gjennom åpningene. Fluidet som forlater åpningen i den bakre skive, vil derfor innstrømme med øket hastighet i et utløpskammer som har større tverrsnittsflate enn åpningene i skiven, men på grunn av utløpskammerets konstruksjon, særlig hvis det består av en utskiftbar hylse i ventilhuset, vil det oppstå et stort trykkfall i fluidet som passerer gjennom hylsen. Dette medfører en minskning av ventilens kapasitet, og grunnet den utskiftbare hylses konstruksjon vil brå endringer i utformingen av kanalen i hylsen fremkalle turbulens i fluidet, særlig ved ventilutløpet som ikke beskyttes av den utskiftbare hylse.

Ved ventiler av den kjente og beskrevne type er utløpet avgrenset av et avlangt, tversgående parti umiddelbart bakenfor den bakre skiven. Den avlange utforming skyldes behovet for åpninger som kan oppta låsetapper som forankrer skiven i ventilhuset. Flatestørrelsen av det avlange parti reduseres med tykkelsen av hylsen, dersom det er nødvendig med en slik beskyt-telseshylse for utløpskammeret. Skivens reduserte, avlange flateparti vil i sin tur begrense maksimumsstørrelsen av den skive som kan anvendes med den utskiftbare hylse, jevnført eksempelvis med størrelsen av det avlange utløpskammer, når en utskiftbar hylse ikke benyttes. Det minskede fluidgjennomstrøm-ningsrom i hylsen forårsaker et større trykkfall hos fluidet som passerer gjennom hylsen, og reduserer derved ventilens kapasitet.

Ved den kjente versjon av ventiler med utskiftbare hylser i utløpskammeret, er hylsen dessuten fastgjort til ventilhuset med et limstoff, eksempelvis epoksysement, som også skal forebygge fluidgjennomstrømning mellom hylsen og ventilhuset. Hvis hylsen skal utskiftes, må ventilhuset oppvarmes i tilstrekkelig grad til at epoksyen mykner, slik at hylsen kan fjernes. Som kjent må ventilhuset vanligvis oppvarmes til over 120°C, for at epoksyen skal mykne tilstrekkelig til at hylsen kan utskiftes.

Det er et formål ved oppfinnelsen å frembringe et ventilhus av forbedret konstruksjon for en tallerkenventil, som vil redusere prisen for ventilen og kravene til fluidavtetning.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å frembringe en tallerkenventil av forbedret konstruksjon, som ikke bare vil redusere trykket men, om ønskelig, også fremkalle et trykkfall i fluid som utstrømmer fra en ventil, men også redusere turbulensen i fluidet, idet utløpsutformingen av et hylseelement ved utløpet er tilpasset formen av ventilutløpet, for å forebygge turbulens i fluidet i ventilhusets ubeskyttede utløpssoner.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å frembringe et skiveelement av forbedret konstruksjon, som avgrenser en utstrøm-ningsbane for fluid som utgår fra kanalen i et skiveelement i ventilhuset, hvor det mellom skiven og ventilhuset er anordnet et kammer for opptakelse av en pakning som skal forhindre fluid-strømning både rundt skiveelementets ytterperiferi og mellom hylsen og de tilhørende støtteflater i ventilhuset.

Det er ifølge oppfinnelsen frembragt en ventil omfattende en kombinasjon bestående av et ventilhus i ett stykke med et innerkammer med innløp og utløp for fluid, et rotatorelement som er opplagret for dreiebevegelse i ventilhuskammeret i en sone i avstand foran fluidutløpet, hvor innløpet er slik dimensjonert at rotatorelementet kan innføres gjennom innløpet til sitt plasseringssted i ventilhuskammeret, og hvor rotatorelementet innbefatter en fluidkanal, en fremre skive som er fastlåst for dreiebevegelse med rotatorelementet i ventilhuskammeret bakenfor rotatorelementet, og utstyrt med en gjennomgående fluidkanal for videreleding av fluid fra rotatorelementets fluidkanal, en bakre skive som er anordnet i anlegg, flate mot flate, mot den fremre skive i ventilhuskanalen, og som er utstyrt med en fluidkanal for videreleding av fluid fra fluidkanalen i den fremre skive, midler for sammenlåsing av den bakre skive med ventilhuset, og midler for dreiing av rotatorelementet, når dette er opplagret i ventilhuskammeret, for å bringe kanalen i den fremre skive og kanalen i den bakre skive i og ut av fluidledende, innbyrdes stilling.

Fortrinnsvis er en demonterbar, rørformet innsats sammenlåst med den bakre skive og understøttet av ventilhuset, for leding av fluid fra åpningen i den bakre skive til utløpet. Den rørformede innsats har sirkelformet tverrsnitt med sammenlåsende knaster som strekker seg inn i innsatsens sirkelprofil ved den bakre side av skiven. Forankringsdeler, eksempelvis tapper, fastlåser det bakre skiveelement til rørinnsatsen.

Det foretrekkes, i overensstemmelse med oppfinnelsen, at den utskiftbare, rørformede innsats har en endevegg hvori det er anordnet en åpning for måling av fluidstrømmen som ledes fra rørinnsatsen til ventilhusutløpet. Rotatorelementet er fortrinnsvis utstyrt med en ringformet pakningsholderflate som er understøttet av rotatorelementet for å forebygge friksjonskontakt med en pakning mellom den bakre skive og ventilhuset, og som samtidig vil begrense pakningens bevegelsesstrekning, f.eks. i tilfelle av en omvendt fluidstrøm eller omvendte trykkforhold. Holderflaten fastholder pakningen i stilling mellom skiven og ventilhuset.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser et uttrukket, isometrisk riss av en ventil ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser et snitt av delene i figur 1 som danner ventilen ifølge oppfinnelsen, montert i stilling. Figur 3 viser et snitt av et hylseelement ved utløpskammeret i ventilen ifølge figur 1 og 2. Figur 4 viser et fremre planriss av hylseelementet ifølge f igur 3. Figur 5 viser et bakre planriss av hylseelementet ifølge f igur 3.

Figur 6 viser et snitt langs linjen VI-VI i figur 4.

Figur 7 viser et forstørret snitt som illustrerer den innbyrdes plassering av en bakre skive og hylsen ifølge figur 3 - 6. Figur 8 viser et forstørret snitt i likhet med figur 2, men av en foretrukket versjon av rotatorelementet for ventilen ifølge oppf innelsen.

Det er i figur 1 vist en ventil, omfattende et ventilhus 10 i ett stykke med en innløpsseksjon 11 og en utløpsseksjon 12. I ventilhuset er det anordnet et sylindrisk innerkammer 13 av redusert diameter, som er tydeligst vist i figur 2 og 8 og hvori fluidtett forsegling er opprettet mellom O-ringer 15 og 16 som er montert på et rotatorelement 17, og det sylindriske kammer 13. Det er et viktig trekk ved oppfinnelsen, at på grunn av ventilhusets utforming i ett stykke kan rotatorelementet uttas fra ventilhuset, ved først å fjerne en styrehendel 24 og deretter trekke rotatorelementet ut gjennom innløpsseksjonen 11. Ventilhuset kan derfor fremstilles på mer prisgunstig måte. Videre er ventilen ifølge oppfinnelsen slik konstruert at de innvendige komponenter kan sammenføres gjennom innløpet, hvorved den fluidtette sammenspenning av flenser, som kreves når ventilhuset på vanlig måte består av to ventilhusdeler, bortfaller. Innløp-sseksjonen 11 er dannet av en utvidet muffe 18 med innergjenger for opptakelse av en motsvarende gjenget rørende. Utløpssek-sjonen 12 er likeledes dannet av en utvidet muffe 19 med en innvendig gjenget sone som kan oppta et rør for avleding av utstrømmende fluid fra ventilen.

Innløpsseksjonen 11 strekker seg til det sylindriske kammer 13, som tydeligst vist i figur 2. Rotatorelementet 17 er innplassert i det sylindriske kammer 13, og O-ringene 15 og 16 er innmontert i spor som er anordnet i rotatorelementet nær elementets ytterender, for å danne en fluidtett avtetning sammen med ventilhuset, og forhindre fluidgjennomstrømning mellom rotatorelementet og ventilhuset. Fluid som strømmer til ventilen fra innløpet, kan ledes gjennom en kanal 21 i rotatorelementet 17. Kanalen 21 forløper i dette tilfelle i elementets lengderetning. Ved den ende av rotatorelementet som er vendt mot utløpet 12, rager kammeret 13 ut over elementets ende. En flytende skive 22 er drivbart forbundet med rotatorelementet ved hjelp av tapper 23 som strekker seg inn i åpninger i skiven 22 og åpningen i rotatorelementets endeflate. Elementet kan dreies med en styrehendel 24 som har et gjenget endeparti som kan passere gjennom en ringformet sliss 25 i ventilhuset 10 for å bringes i inngrep med en gjenget åpning 26 som er anordnet i rotatorelementet 17, for å fastholde elementet i det sylindriske kammer 13 i ventilhuset 10. Det vil fremgå at slissen 25 er plassert langs ventilhuset, mellom monteringsdelene for de to O-ringer. Ved betjening av hendelen vil det sylinderformede rotatorelement dreies om en akse som sammenfaller med elementets lengdeakse.

Ved dreiingen av rotatorelementet overføres en dreiebevegelse til skiven 22 slik at åpningene 27 og 28 i skiven 22, i utførelsesformen ifølge figur 1 og 2, kan bringes inn i og ut av en stilling på linje med eller i flukt med motsvarende åpninger 29 og 30 i en skive 31. Skiven 31 fastholdes stasjonært i forhold til ventilhuset ved hjelp av forankringstapper 32 som, slik det tydeligst fremgår av figur 1, opptas i utborede åpninger i skiven 31 og andre åpninger 32A som flukter med de førstnevnte og er anordnet i en utskiftbar hylse 33 eller, dersom en slik hylse ikke benyttes, i en kantflate som dannes av et trinn av redusert diameter i ventilhuskanalen. Hylsen monteres i ventilhuset ved å innføres gjennom innløpsåpningen og det sylindriske kammer 13. Den utskiftbare hylse 33 vil fortrinnsvis anvendes og kan være utformet som vist i figur 3-6. Hylsen består av en ringformet utløpsseksjon 35 og en foranliggende, stort sett kjeglestumpformet seksjon 36. Som tydeligst vist i figur 4, er seksjonen 3 6 forsynt med utadragende knaster 37 som strekker seg inn i hylsens koniske ytterprofil ved hylsens fluidinnløpsende. Disse utadragende knaster danner soner hvori det er anordnet huller 32A som opptar forankringstapper 32. Hylsen har størst mulig tverrsnittsflate i sin lengderetning, for å kunne oppta den størst mulige mengde av fluidet som utstrømmer fra ventilen. På denne måte kan et minsket trykkfall i stor grad tilskrives den koniske strekning som dannes av hylsens kjeglestumpformede parti. Konisiteten reduserer turbulensen, og det rørformede utløp fra hylsens 3 3 ringformede utløpsseksjon 35 er utformet i motsvarig-het til ventilhusutløpet, for å forebygge uønsket turbulens i den ubeskyttede eller uforede del av ventilhuset.

Som det fremgår av figur 3, 5 og 6, er det på yttersiden av hylsen 33 anordnet forankringsører 40 på diametralt motsatte sider av hylsen. Forankringsørene dannes av fremspring på hylsens ytterside, som låses i forsenkninger, tydeligst vist i figur 2, som er utformet i ventilhusets hylseanslagsflate på utløpssiden av skiven 31. Hylsen ifølge oppfinnelsen er konstruert for å unngå og eliminere behovet for epoksy eller annet limstoff, for fastholding av hylsen mot ventilhuset. Hylsen 33 fastholdes mot anslagsflaten i ventilhuset på grunn av fluidtrykket som utøves mot ventilhuset ved innløpsenden. Det fremgår av figur 2, at fluidtrykket som overføres til rotatorelementet, enten dette befinner seg i stilling for levering av fluid til utløpsseksjonen, eller ikke, vil synke på grunn av elementets trangere fluidgjennomstrømningskanal. Trykkforskjellen eller trykket av fluid som sperres av skivene, fremkaller en kraft som er tilstrekkelig til å fastholde skivene, flate mot flate, i anlegg mot hverandre, og samtidig tvinge hylsen mot ventilen med tilstrekkelig styrke til å opprettholde en stilling i gjensidig anlegg.

For å forebygge uønsket fluidgjennomstrømning mellom hylsen og ventilhuset er det, som tydeligst vist i figur 7, anordnet en O-ring 42 som er innmontert i en spalte mellom den perifere endeytterflate av skiven 31 og ventilhusets innervegg. O-ringen er innmontert i stilling ved skillelinjen mellom hylsen 33 og ventilanslagsflaten i ventilhuset.

Ved en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, som vist i figur 8, fastholdes O-ringen 42 tett ved det ønskede forseglingssted ved hjelp av en sylindrisk forlengelse 43 av rotatorelementet 17. Den sylindriske forlengelsen 43 har en relativt tynn sidevegg som i ytterenden går over i en fortykket holderseksjon 44 som er dannet ved øking av ytterdiameteren av forlengelsen 43. Holderseksjonen 44 har en endeflate som er tilstrekkelig bred til å oppfange O-ringen 42 og forhindre uønsket forskyving av denne fra det påtenkte forseglingssted. Forlengelsen av rotatorelementet gjør det dessuten lettere å montere ventilen, ved at skivene 22 og 31 fastholdes i sin stilling flate mot flate, og med den fremre skiven 22 fastlåst til rotatorelementet ved hjelp av tappene 23. Under normal drift av ventilen er innløpstrykket høyere enn utløpstrykket, slik at fluid kan strømme fra innløpet til utløpet. Fluidstrømmen reguleres av de innbyrdes plasser-inger av åpningene 27 og 28 samt 29 og 30 i de to skiver. O-ringen 42 fastholdes i stilling ved friksjonsvirkning, og på grunn av trykkforskjellen tvinges O-ringen mot ventilens lav-trykksside. Tidligere har plutselige endringer i fluidutstrøm-ningsforholdene, f.eks. ved at en ventil stenges eller på grunn av et plutselig trykkfall, virker som en hydraulisk hammer som bevirker at det i utløpet oppstår en momentan trykkpuls som overstiger fluidtrykket i innløpet. I visse tilfeller kan denne trykkpuls være tilstrekkelig stor til å bringe O-ringpakningen 42 ut av stilling. Når O-ringforseglingen er brutt, vil det under normal drift av ventilen dannes en, riktignok liten, fluidstrøm mellom skivesideveggene og ventilhusets innerkammer. Materialet som anvendes for fremstilling av ventilhuset vil normalt ikke kunne motstå en slipende skjærevirkning som forårsakes av det gjennomstrømmende fluid, og det vil derfor oppstå ureparerbar skade. I andre tilfeller kan det av én av flere grunner bevisst opprettes en fluidtilbakestrømning. Derved ledes en fluidstrøm gjennom ventilen i motsatt retning, dvs. fra utløp til innløp, og dette gir samme resultat som en hydraulisk hammer. Dette korrigeres ved at forlengelsen av rotatorelementet, som tidligere beskrevet, forhindrer at den tettende O-ringen 42 bringes ut av stilling. Fastholdingen ved hjelp av endeveggen 44 kan oppnås ved at den tynnveggede forlengelsen 43 dimensjoneres med henblikk på å unngå gnidning eller friksjon under justering av ventilen for normal drift og for å opprette en bevegelsesgrense for 0-ringen 42. Hvis det oppstår en omvendt strøm eller en trykkendr-ing i motsatt retning, vil den tettende O-ringen 42 ikke flyttes lengre enn som tillatt av stopperen som dannes av veggen 44 som utgår fra rotatorelementet. Bevegelsens lengde er slik at 0-ringen 42 fastholdes i stilling mellom skiven og ventilhuset, og når normale trykkstrømforhold atter er gjenopprettet i ventilen, vil følgelig O-ringen umiddelbart inntas i sin riktige tetnings-stilling. Forlengelsen av rotatorelementet medfører den ytterligere fordel at O-ringen 42 som må tvinges fast og jevnt i stilling rundt skiveperiferien, kan monteres uten behov for spesialverktøy. For å plassere O-ringen 42 på forseglingsstedet, har det tidligere vært vanlig å tvinge ringen på plass ved hjelp av et skarpt blad, f.eks. et skrujern. På en slik måte kan 0-ringen ikke plasseres i tilfredsstillende, ensartet inngrep. Men ved hjelp av rotatorelement-forlengelsen vil O-ringen plasseres automatisk i kontinuerlig inngrep. Det bør imidlertid bemerkes at samme låsende funksjon som hos den sylindriske elementforleng-else ved at det eksempelvis anordnes en ventilforlengelse som strekke seg inn i den åpning som er utformet i ventilhuset for å oppta skivene.

Det påpekes at oppfinnelsen er beskrevet i tilknytning til de foretrukne utførelsesformer i de ulike figurer, og at andre og lignende versjoner kan anvendes, eller modifiseringer og endringer foretas ved den beskrevne utførelsesform for utøvelse av samme funksjoner, uten at det avvikes fra oppfinnelsens prinsipp. Oppfinnelsen er derfor ikke begrenset til en enkelt utførelses-form, idet dens ramme er definert i de etterfølgende krav.

Claims (10)

1. Ventil, karakterisert veden kombinasjon bestående av et ventilhus i ett stykke og med et innerkammer med et innløp og et utløp for fluid, et rotatorelement som er opplagret for dreiebevegelse i ventilhuskammeret i en sone i avstand foran fluidutløpet, idet innløpet er slik dimensjonert at rotatorelementet som er utstyrt med en fluidkanal, kan innføres gjennom innløpet til sitt plasseringssted i ventilhuskammeret, en fremre skive som er fastlåst til rotatorelementet, for å dreie med dette, i ventilhuskammeret bakenfor rotatorelementet, hvor den fremre skive innbefatter en fluidkanal for avleding av fluid fra rotatorelementets fluidkanal, en bakre skive som er montert i en stilling, flate mot flate, i anlegg mot den fremre skive i ventilhuskammeret og utstyrt med en fluidkanal for avleding av fluid fra fluidkanalen i den fremre skive, midler for sammenlåsing av den bakre skive med ventilhuset, og midler for dreiing av rotatorelementet mens dette er opplagret i ventilhuskammeret, for å bringe kanalen i den fremre skive og kanalen i den bakre skive i og ut av en fluidledende, innbyrdes stilling.

2. Ventil i samsvar med krav 1,karakterisert veden rørformet innsats som er sammenlåst med den bakre skive og understøttet av ventilhuset, for leding av fluid fra kanalen i den bakre skive til utløpet, og som har et sirkelformet tverrsnitt med låsedeler som rager inn i innsatsens sirkelformede tverrsnittsprofil og inn i den bakre skive, og midler som forhindrer dreiing av den rørformede innsats i forhold til den motsvarende bæreflate som er dannet av ventilhuset.

3. Ventil i samsvar med krav 2, karakterisert vedat den rørformede innsats omfatter en sylindrisk fluidutløpsseksjon og, foran denne, en kjeglestumpformet seksjon som tjener for opptakelse av fluid fra den bakre skive og som er utstyrt med knaster som strekker seg utad fra rotatorelementveggen og danner forankringssteder for de dreiningsforhindrende midler.

4. Ventil i samsvar med krav 2, karakterisert vedat den rørformede innsats er utstyrt ved sin fluidutløpsende med en endevegg med en åpning for leding av fluid til utløpet.

5. Ventil i samsvar med krav 1, karakterisert vedmidler som forhindrer fluid-strømning mellom den rørformede innsats og ventilhuset.

6. Ventil i samsvar med krav 5, karakterisert vedat de fluidstrømningsfor-hindrende midler innbefatter en O-ring.

7. Ventil i samsvar med krav 6, karakterisert vedmidler som forhindrer forskyving av O-ringen fra en tettende stilling i anlegg mellom ventilhuset og den rørformede innsats.

8. Ventil i samsvar med krav 7, karakterisert vedat nevnte midler innbefatter en veggseksjon som strekker seg utad fra rotatorelementet.

9. Ventil i samsvar med krav 1, karakterisert vedat midlene for dreiing av rotatorelementet omfatter en hendel som kan forbindes løsgjørbart med rotatorelementet og som, når det er fastgjort til rotatorelementet, tjener for fastholding av dette i kammeret.

10. Ventil i samsvar med krav 9, karakterisert vedat det i ventilhuset er anordnet en langstrakt sliss som strekker seg stort sett på tvers av ventilhusets midtakse, og at hendelen kan forbindes løsgjør-bart med rotatorelementet gjennom den langstrakte sliss.