NO894324L - 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 en fluidledende stilling for overføring av fluid til en utløpskanal, og vedrører, nærmere bestemt, forbedringer ved en slik ventil som omfatter en utløpskanal bakenfor skivene, som dannes av en hylse som er forankret til ventilhuset. 2. Beskrivelse av kjent teknikk: Oppfinnelsen vedrører en ventil med en stasjonær skive og en dreibar skive som er innmontert, flate mot flate, i en fluidbane i et ventilhus. Hver av skivene er forsynt med minst én kanal eller åpning, for at fluidstrømmen gjennom ventilen skal kunne reguleres såvel ved størrelsen av hullene som ved graden av innbyrdes flukt mellom skivehullene. Vinkelbevegelse av den ene skive i forhold til den annen i ventilhuset gjennomføres ved dreiing av en hendel som er anbragt på utsiden av ventilhuset men fastgjort til 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 fullt 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.

Ventiler av denne type er særlig egnet for regulering av fluidstrømmen fra olje- og gassbrønner o.l. En slik ventil benyttes for regulering av strømningshastigheten hos brønnprodu-ksjonsfluider som kan inneholde slipende bestanddeler, såsom sandpartikler. Et slikt fluid som innstrømmer i ventilen, kan stå under et meget høyt trykk, f.eks. av størrelse 210 kg/cm2. Åpningene i skivene har mindre tverrsnittstørrelse enn et øvre innløpskammer eller et nedre utløpskammer i et ventilhus. Fluidstrøminnsnevringen grunnet åpningen i skivene forårsaker en akselerasjon av fluidet som strømmer gjennom åpningene. Fluidet som med øket hastighet forlater åpningen i den bakre skive, ledes til et utløpskammer som har større tverrsnittsflate enn åpningene i den bakre skive. På grunn av utløpskammerets konstruksjon, særlig når kammeret dannes av en utskiftbar hylse i ventilhuset, oppstår et stort trykkfall i fluidet som passerer gjennom hylsen. Derved reduseres ventilens kapasitet, og på grunn av den utskiftbare hylses konstruksjon, og brå endringer i utformingen av kanalen i hylsen vil det oppstå turbulens i fluidet, særlig ved ventilutløpet som ikke beskyttes av den utskiftbare hylsen.

Ved kjente versjoner av ventiler av den beskrevne type avgrenses utløpet av en avlang, tversgående utforming umiddelbart bakenfor den bakre skive. Utformingen er et resultat av behovet for åpninger som kan oppta låsetapper som skal forankre skiven i ventilhuset. Den avlange utformingens flatestørrelse reduseres ved tykkelsen av hylsen, dersom en slik beskyttelseshylse er nødvendig for utløpskammeret. Skivens reduserte, avlange flateparti vil i sin tur begrense maksimalstørrelsen av den skive som kan anvendes ved den utskiftbare hylse, jevnført eksempelvis med størrelsen av det avlange utløpskammer, hvis det ikke benyttes en utskiftbar hylse. Det minskede rom for leding av fluid i hylsen medfører et større trykkfall i fluidet som gjennomstrømmer hylsen, med derav følgende, nedsatt ventilkapasi-tet.

Ved den kjente type av ventiler med utskiftbare hylser i utløpskammeret blir dessuten hylsen fastgjort til ventilen med et limstoff, såsom epoksysement, som også har som oppgave å forhindre fluidgjennomstrømning mellom hylsen og ventilhuset. For å utskifte hylsen, må ventilhuset oppvarmes i tilstrekkelig grad til å mykgjøre epoksyen, slik at hylsen kan fjernes. Som kjent må ventilhuset vanligvis oppvarmes til mer enn 120°C, for at epoksyen skal mykne tilstrekkelig for utskifting av hylsen.

Ifølge oppfinnelsen er det frembragt en ventil som omfatter en kombinasjon bestående av et ventilhus 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, og utstyrt med en kanal i ubrutt, fluidopptakende forbindelse med innløpet, for leding av fluid til ventilhusutløpet, en fremre skive som er fastlåst til rotatorelementet, for å dreie med dette, bakenfor rotatorelementet i ventilhuskammeret, og utstyrt med en fluidkanal for leding av fluid fra rotatorelementets fluidkanal, en bakre skive som er anordnet flate mot flate i anlegg mot den fremre skive i ventilhuskammeret, og som er utstyrt med en fluidkanal for leding av fluid fra åpningen i den fremre skive, en demonterbar, rørformet innsats som er sammenlåst med den bakre skive og understøttet av ventilhuset, for å lede fluid fra åpningen i den bakre skive til utløpet, og som har sirkelformet tverrsnitt med låsende knaster som strekker seg inn i innsatsens sirkelprofil på den bakre side av skiven, midler for sammenlåsing av den bakre skive med den rørformede innsats, og midler for dreiing av rotatorelementet når dette er innplassert i ventilhuset, for å bringe åpningene i den fremre og den bakre skive i og ut av fluidledende, innbyrdes stilling.

Ifølge oppfinnelsen kan den utskiftbare, rørformede innsats om ønskelig være forsynt med en endevegg med en gjennomgående åpning for måling av fluidstrømmen som ledes fra den rørformede innsats til ventilhusutløpet. Rotatorelementet innbefatter fortrinnsvis en ringformet pakningsholderflate som er understøt-tet av elementet for å forebygge friksjonskontakt med en pakning mellom den bakre skive og ventilhuset, og som samtidig vil begrense pakningens bevegelseslengde, f.eks. i tilfelle av en motsatt fluidstrøm eller trykktilstand. Flaten 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 med særtrekk ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser et snitt hvor delene ifølge figur 1 er montert og danner ventilen ifølge oppfinnelsen. 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 figur 3. Figur 5 viser et bakre planriss av hylseelementet ifølge figur 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 snitt i likhet med figur 7 av et hylse element som er utformet for oppnåelse av et forutbestemt trykkfall ved ventilutløpet. Figur 9 viser et enderiss langs linjen IX-IX i figur 8. Figur 10 viser et forstørret snitt, i likhet med figur 2, men som illustrerer en foretrukket versjon av rotatorelementet for ventilen ifølge oppfinnelsen.

Det er i figur 1 og 2 vist en ventil med et ventilhus bestående av seksjoner 10 og 11 med flenser henholdsvis 12 og 13. Flensen 13 er forsynt med utborede og gjengede huller som kan oppta endepartiene av bolter 14 som er innført gjennom utborede huller i flensen 12, for å forbinde ventilhusseksjonene med hverandre. Denne konstruksjon gir adgang til det indre av ventilen, for innmontering av innvendige komponenter. Ventilhus-seksj onen 10 innbefatter et innløp i form av en utvidet muffe 15 som er utstyrt med innergjenger for opptakelse av en motsvarende gjenget rørende.

Ventilhusseksjonen 11 innbefatter likeledes en utvidet muffe 16 som er utstyrt med innergjenger, for opptakelse av den gjengede ende av et rør, for avleding av fluid fra ventilen.

Innløpet som er dannet av muffen 15, strekker seg til et sylindrisk kammer 17 i seksjonsdelen 10, som tydeligst vist i figur 2. Et rotatorelement 18 er innplassert i det sylindriske kammer 17, og O-ringer 19 og 20 som er innmontert i spor i rotatorelementet, nær ytterenden av dette, danner en fluidtett forsegling mot ventilhuset, som forhindrer fluidgjennomstrømning mellom rotatorelementet og ventilhuset. Fluid som overføres til ventilen fra innløpet, kan passere gjennom en kanal 21 i rotatorelementet 18. I dette tilfelle forløper kanalen 21 i rotatorelementets lengderetning. Ved den ende av elementet 18 som er vendt mot ventilutløpet, rager kammeret 17 ut over enden av elementet, og et kammer 17A er anordnet som en forlengelse av kammeret 17 i ventilhusseksjonen 11. En flytende skive 22 er drivbart sammenlåst med rotatorelementet 18 ved hjelp av tapper 23 som er innført i åpninger i skiven 22 og i åpninger i endeflaten av rotatorelementet 18. Elementet 18 kan dreies med eri styrehendel 24 som innbefatter et gjenget endeparti som kan passere gjennom en ringformet sliss i ventilhusseksjonen 10 og fastgjøres i en gjenget åpning 26 i elementet 18. Det bør bemerkes at slissen 25 er anordnet i ventilhuset mellom monter-ingsstedene for de to O-ringer. Ved betjening av hendelen vil rotatorelementet dreies om en akse som tilsvarer elementets lengdeakse. Ved dreiingen av elementet 18 overføres en dreiebevegelse til skiven 22 hvorved åpningene 27 og 28 i skiven 22, ved utførelsesformen ifølge figur 1 og 2, kan bringes i og ut av en stilling på linje eller i flukt med motsvarende åpninger 29 og 30 i en skive 31. Skiven 31 fastholdes stasjonært i forhold til ventilhusseksjonen 11 ved hjelp av forankringstapper 32 som, slik det tydeligst fremgår av figur 1, opptas i utborede huller i skiven 31 og andre huller i flukt med de førstnevnte, i en utskiftbar hylse 33.

Ifølge oppfinnelsen består hylsen 33 som er vist i figur 3 - 6, av en ringformet utløpsseksjon 35 som går over i en foranliggende, stort sett kjeglestumpformet seksjon 36. Som tydeligst vist i figur 4, er seksjonen 36 forsynt med utadragende knaster 37 som rager inn i seksjonens koniske profil ved hylsens innløps-ende. De utadragende knaster er forsynt med huller 32A for opptakelse av forankringstapper 32. Tverrsnittsflaten i hylsens lengderetning er størst mulig med henblikk på overføring av den størst mulige fluidmengde fra ventilen. Dette medfører et minsket trykkfall som i stor grad skyldes konisiteten av hylsens kjeglestumpformede seksjon. Derved reduseres turbulensen, og det rørformede utløp av hylsens 33 ringformede utløpsseksjon 35 er konstruert i motsvarighet 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 består av fremspring på yttersiden av hylsen, som fastlåses i forsenkninger i hylsens anslagsflate i ventilhuset på utløpssiden av skiven 31. Hylsen ifølge oppfinnelsen er slik konstruert at behovet for epoksy eller annet lim, for fastholding av hylsen mot ventilhuset, unngås og bortfaller. Hylsen 33 fastholdes mot anslagsflaten i ventilhuset under påvirkning av fluidtrykket som utøves mot ventilhuset i innløpsenden. Det fremgår av figur 2 at fluidtrykket som overføres mot rotatorelementet, enten dette befinner seg i stilling for levering av fluid til utløpsseksjonen, eller ikke, vil synke på grunn av den snevrere fluidkanal gjennom elementet. Trykkforskjellen eller fluidtrykket som blokkeres av skivene, utøver en kraft som er tilstrekkelig til å fastholde skivene i deres stilling flate mot flate, og vil samtidig tvinge hylsen mot ventilen med tilstrekkelig kraft til å opprettholde stillingen i gjensidig anlegg.

For å forebygge uønsket fluidstrøm mellom hylsen og ventilhuset er det, som tydeligst vist i figur 7, anordnet en O-ring 42 som er innført i en spalte som avgrenses mellom den ytre ende-flateperiferi av skiven 31 og innerveggen av ventilhusseksjonen 11. O-ringen er montert i stilling ved skillelinjen mellom hylsen 3 3 og ventilanslagsflaten i seksjonen 11.

Ved en foretrukket versjon av oppfinnelsen, som vist i figur 10, fastholdes O-ringen 42 umiddelbart ved det ønskede forseglingssted ved hjelp av en sylindrisk forlengelse 43 av rotatorelementet 18. Den sylindriske forlengelsen 43 har en relativt tynn sidevegg som går over i en fortykket holderseksjon 44 som danner en utvidelse på yttersiden av seksjonen 43. Endeflaten av holderseksjonen 44 er tilstrekkelig bred til å oppfange O-ringen 4 2 og forhindre uønsket forskyving av denne bort fra det påtenkte forseglingssted. Rotatorelementforlengelsen gjør det også lettere å montere ventilen, ved å fastholde skiven 22 og 31 i deres innbyrdes motvendte stilling, flate mot flate, med den fremre skive 22 fastlåst med tappene 23 til rotatorelementet. Under normal drift av ventilen er innløpstrykket høyere enn utløpstrykket, slik at fluid kan strømme fra innløpet til utløpet. Fluidstrømmen styres ved de innbyrdes plasseringer av åpningene 27, 28, 29 og 30 i de to skiver. O-ringen 42 fastholdes i stilling ved friksjonsvirkning, og trykkdifferansen bevirker at O-ringen tvinges mot ventilens lavtrykksside. Tidligere har brå endringer i de bakre strømningstilstander for fluidet, f.eks. grunnet stenging av en ventil eller som følge av plutselig forringede strømningsvilkår, virket som en hydraulisk hammer som i utløpet fremkalte en trykkpuls høyere enn fluidtrykket i innløpet. Denne trykkpulsen kan i visse tilfeller være tilstrekkelig stor til å bringe pakningen, bestående av O-ringen, ut av stilling. Etterat 0-ring-forseglingen er brutt, vil det under normal drift av ventilen opprettes en, riktignok liten fluidstrøm mellom sideveggene og ventilhuskammeret. Materialet hvorav ventilhuset er fremstilt, vil normalt ikke kunne motstå den slipende skjærevirkning fra det gjennomstrømmende fluid, og det kan derfor oppstå ureparerbar skade. I andre tilfeller kan det av én av flere grunner bevisst fremkalles en tilbakerettet fluidstrøm. Når det opprettes en omvendt fluidstrøm gjennom en ventil, dvs. fra utløp til innløp, gir dette samme resultat som en hydraulisk hammer. Dette korrigeres ved at den tidligere beskrevne forlengelse av rotatorelementet, forhindrer at den tettende O-ringen 42 bringes ut av stilling. Elementforlengel-sens låsevirkning kan oppnås ved at forlengelsen dimensjoneres slik at gnidning eller friksjon ved justering av ventilen under normal drift unngås og at bevegelsesstrekningen for O-ringen 42 begrenses. Hvis det oppstår en motsatt rettet fluidstrøm eller en trykkforandring i motsatt retning, vil den tettende O-ringen 42 ikke beveges utover den sperring som dannes av rotatorelementforlengelsen. Bevegelsesstrekningen er slik tilpasset at 0-ringen 42 tilbakeholdes i stilling mellom skiven og ventilhuset, og når normale trykkstrømforhold er gjenopprettet i ventilen, vil O-ringen umiddelbart innta sin riktige, avtettende stilling. Forlengelsen av rotatorelementet gir den ytterligere fordel at 0-ringen 42 som ellers må tvinges på plass, tettende og jevnt rundt hele skiveperiferien, kan bringes i stilling uten behov for spesialverktøy. Tidligere ble en slik 0-ring 42 plassert i tettende stilling ved å fastkiles ved anvendelse av et skarpt blad, såsom et skrujern. Tilstrekkelig jevn plassering av 0-ringen kunne ikke oppnås på denne måte. Grunnet forlengelsen av rotatorelementet vil imidlertid O-ringen plasseres automatisk i kontinuerlig anlegg. Det bør imidlertid bemerkes at samme tilbakeholdingsfunksjon som hos den sylindriske rotatorelement-forlengelse kan oppnås, f.eks. ved at ventilhusseksjonen 12 utstyres med en forlengelse som kan strekke seg inn i den åpning som er anordnet i ventilhusseksjonen 11, for opptakelse av skivene.

Det er i figur 8 og 9 vist en annen versjon av utløpshylsen, hvor hylsen 3 3A er utstyrt med en endevegg 45 ved utløpsenden av hylsens rørformede seksjon 35A. Endeveggen 45 er forsynt med en åpning 4 6 for leding av fluid fra hylsen til utløpsendeåpningen.

Åpningen 46 er dimensjonert for å fremkalle et forutbestemt trykkfall i ventilen. Dette fikserte trykkfall kommer i tillegg til et variabelt trykkfall som oppstår grunnet skivenes strøm-nings-reguleringsfunksjon. Åpningens 46 dimensjon vil velges i overensstemmelse med den tiltenkte, spesielle anvendelse av ventilen. Åpningen 46 vil derfor bli dimensjonert og boret etter forutbestemte spesifikasjoner. Det kan på denne måte fremkalles to trykkfall i ventilen, for derved å redusere eller eliminere kavitasjonen i ventilen. Hvis åpningen plasseres i det geomet-riske sentrum for endeveggen 45, vil eventuell turbulens eller kavitasjon isoleres i midten av utløpet, slik at de skadelige virkninger som forårsakes av kavitasjon i veggene ved utløpet, unngås.

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

Claims (1)

1. Ventil, karakterisert ved en kombinasjon omfattende: 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, hvor innløpet er slik dimensjonert at rotatorelementet kan innføres gjennom kammerinnløpet til sin plasseringsplass i ventilhuset, og hvor rotatorelementet er utstyrt med en fluidkanal, en fremre skive som er fastlåst til rotatorelementet, for å dreies med dette, i ventilhuskammeret bakenfor rotatorelementet, og utstyrt med en fluidkanal for leding av fluid fra rotatorelementets fluidkanal, en bakre skive som er vendt, flate mot flate, mot den fremre skive i ventilhuskammeret, og utstyrt med en fluidkanal for leding 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 forbindelse.

2. Ventil i samsvar med krav 1, karakterisert ved en 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 strekker seg inn i innsatsens sirkelformede tverrsnitt og inn i den bakre skive, og midler som forebygger dreining av den rørformede innsats i forhold til en motsvarende støtteflate som dannes av ventilhuset.

3. Ventil i samsvar med krav 2, karakterisert ved at den rørformede innsats omfatter en sylindrisk fluidutløps-seksjon og en foranliggende, kjeglestumpformet seksjon for opptakelse av fluid fra den bakre skive, hvor den kjegelstumpformede seksjon er utstyrt med opphøyde ører som strekker seg utad fra elementveggen og danner forankringssteder for de dreiningshindrende midler.

4. Ventil i samsvar med krav 2, karakterisert ved at den rørformede innsats er utstyrt ved sin fluidutløpsende med en endevegg hvori det er anordnet en åpning for leding av fluid til utløpet, og at ventilen videre omfatter midler som forhindrer fluidgjennomstrøm-ning mellom den rørformede innsats og ventilhuset.

5. Ventil i samsvar med krav 4, karakterisert ved at midlene som forhindrer fluidgjennomstrømning, innbefatter en O-ring.

6. Ventil i samsvar med krav 5, karakterisert ved midler som forhindrer forskyving av O-ringen fra en avtettende stilling i anlegg mellom ventilhuset og den rørformede innsats, hvor midlene innbefatter en veggseksjon som strekker seg utad fra rotatorelementet.

7. Ventil i samsvar med krav 1, karakterisert ved at midlene for dreiing av rotatorelementet omfatter en hendel som kan forbindes løsgjørbart med rotatorelementet og som dessuten, når den er forbundet med rotatorelementet, fastholder dette i kammeret, og at det i ventilhuset er anordnet en langstrakt sliss som strekker seg stort sett på tvers av ventilhusets langsgående midtakse, slik at hendelen kan fastgjøres løsgjørbart med rotatorelementet gjennom den langstrakte sliss.

10. Ventil, karakterisert ved en kombinasjon bestående av: et ventilhus 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, og som er utstyrt med en kanal i kontinuerlig fluidopptakende forbindelse med innløpet, for leding av fluid til ventilhusutløpet, en fremre skive som er fastlåst til rotatorelementet, for å dreie med dette, i ventilhuskammeret bakenfor rotatorelementet, og som er utstyrt med en fluidkanal for avleding av fluid fra rotatorelementets fluidkanal, en bakre skive som er vendt, flate mot flate mot den fremre skive i ventilhuskammeret, og som er utstyrt med en fluidkanal for avleding av fluid fra fluidkanalen i den fremre skive, en rørformet innsats som er sammenlåst med den bakre skive og understøttet i ventilhuset, for leding av fluid fra fluidkanalen i den bakre skive til utløpet, midler for sammenlåsing av den rørformede innsats med ventilhuset, midler for sammenlåsing av den bakre skive med den rørform-ede innsats, hvor den rørformede innsats har sirkelformet tverrsnitt og hvor midlene for sammenlåsing av den bakre skive med den rørform-ede innsats omfatter deler som rager inn i fremspring i et kjeglestumpformet parti av innsats-tverrsnittet og inn i den bakre skive, 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 forbindelse.

11. Ventil, karakterisert ved en kombinasjon bestående av: et ventilhus med et innerkammer med et innløp og et utløp for fluid, en fremre skive som er dreibart opplagret i ventilhuskammeret og utstyrt med en fluidkanal for leding av fluid, midler for dreiing av den fremre skive, en bakre skive som er vendt, flate mot flate, mot den fremre skive i ventilhuskammeret, og utstyrt med en fluidkanal for avleding av fluid fra fluidkanalen i den fremre skive, en rørformet innsats som er sammenlåst med den bakre skive og understøttet i ventilhuset, for leding av fluid fra fluidkanalen i den bakre skive til utløpet, midler for sammenlåsing av den rørformede innsats med ventilhuset, og midler for sammenlåsing av den bakre skive med den rørform-ede innsats.

12. Ventil i samsvar med krav 11, karakterisert ved at den rørformede innsats har sirkelformet tverrsnitt og at midlene for sammenlåsing av den bakre skive med den rørformede innsats omfatter deler som rager inn i fremspring i et kjeglestumpformet parti av innsatstverr-snittet og inn i den bakre skive.