SE1950608A1 - Kulventilanordning och användning av kulventilanordning - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en kulventilanordning 1 som innefatar et ventilhus 2, et ventilsäte 3 som är anordnat i ventilhuset 2 och ett kulelement 4) som är vridbart lagrat i ventilhuset 2 kring en rotationsaxel R så att det kan inta olika vinkellägen. Kulelementet 4 har en yta 5 som är så beskaffad at, vid vridning av kulelementet 4, ytan 5 är helt slät och sammanhängande och utan spår över hela det område där den täcker ventilsätet 3. Ventilsätet 3 har en eller flera genomgående öppningar genom vilka vätska kan strömma då kulelementet 4 är vridet till ett öppet läge och åtminstone den del av ventilsätet 3 som kommer i kontakt med vätska som strömmar genom kulvcntilanordningcn 1 är gjord av armerad polytctrafluorctcn (PTFE). Uppfinningen avser även användning av den uppfinningsenliga kulventilanordningen.

Description

KULVENTILANORDNING TEKNISKT OMRÅDE Den nu föreliggande uppfinningen avser en kulventilanordning som innefattar ettventilhus, ett ventilsäte anordnat i ventilhuset och har en eller flera genomgående öppningar samt ett kulelement som är vridbart anordnat i ventilhuset.

BAKGRUND TILL UPPFINNINGEN Kulventilanordningar är förut kända som innefattar ett ventilsäte med en genomgåendeöppning och ett vridbart sfäriskt element som är försett med ett spår. Sådanakulventilanordningar kan användas för att reglera flödet av en vätska i en industriellprocess. Ventilsäten för sådana kulventilanordningar kan vara gjorda av hårda materialsom exempelvis stål men för tillämpningar där det ställs höga krav på täthet har detvisat sig att hårda material inte ger ett helt tillfredställande resultat och i vissatillämpningar är kravet på täthet helt enkelt högre än vad hårda material klarar. När detställs höga krav på täthet använder man därför ventilsäten i mjuka material såsompolymera material. Det har emellertid visat sig att även sådana kulventilanordningarsom har ventilsäten i mjuka material efter en tids användning kan drabbas av läckage såatt vätska läcker igenom även när kulventilanordningen är i ett helt stängt läge. Det ären målsättning för den föreliggande uppfinningen att tillhandahålla en kulventilanordning som är utfonnad för att minska risken för läckage.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Den uppfinningsenliga kulventilanordningen innefattar ett ventilhus, ett ventilsäte somär anordnat i ventilhuset och ett kulelement som är vridbart lagrat i ventilhuset kring enrotationsaxel så att det kan inta olika vinkellägen. Kulelementet är anordnat attsamverka med ventilsätet så att vätska inte kan passera genom kulventilanordningen dåkulelementet befinner sig i ett första vinkelläge men passera genomkulventilandordningen då kulelementet är vridet till ett vinkelläge som skiljer sig fråndet första vinkelläget. Kulelementet har en yta som i det första vinkelläget täckerventilsätet helt är så beskaffad att vid vridning av kulelementet från det förstavinkelläget, ytan är helt slät och sammanhängande över hela det område där den täcker ventilsätet. Ventilsätet har en eller flera genomgående öppningar genom vilka vätska kan strömma då kulelementet är vridet till ett vinkelläge som skiljer sig från det förstavinkelläget. Åtminstone den del av ventilsätet som kommer i kontakt med vätska som strömmar genom kulventilanordningen är gjord av armerad polytetrafluoreten (PTFE).

I fördelaktiga utföringsformer kan hela ventilsätet vara gjort av armeradpolytetrafluoreten.

I utföringsformer av uppfinningen är åtminstone den del av ventilsätet som kommer ikontakt med vätska som strömmar genom ventilanordningen gjord av polytetrafluoreten(PTFE) som armerats med 5 - 40 volymprocent glas, företrädesvis 10 - 25 volymprocent glas.

I andra utföringsformer kan åtminstone den del av ventilsätet som kommer i kontaktmed vätska som strömmar genom ventilanordningen vara gjord av polytetrafluoreten(PTFE) som armerats med 5 - 35 volymprocent kol, företrädesvis 5 - 25 volymprocentkol och mest föredraget 10 - 25 volymprocent kol. Kolet utgörs då företrädesvis avkolpulver/kirnrök.

I åter andra utföringsformer kan åtminstone den del av ventilsätet som kommer ikontakt med vätska som strömmar genom ventilanordningen vara gjord avpolytetrafluoreten (PTFE) som armerats med 5 - 40 volymprocent grafit och företrädesvis 5 - 15 volymprocent grafit.

Man kan även tänka sig utföringsformer där åtminstone den del av ventilsätet somkommer i kontakt med vätska som strömmar genom ventilanordningen är gjord avpolytetrafluoreten (PTFE) som armerats med stål. Man kan då använda austenitiskt stål,och företrädesvis austenitiskt rostfritt stål, helst austenitiskt syrafast rostfritt stål. Mankan med fördel även använda superaustenitiska, duplexa eller superduplexa stål ellernickel-baserade stållegeringar (stållegeringar som till någon del innefattar nickel). Omaustenitiskt stål används som armeringsmaterial bör detta företrädesvis utgöra 10 - 60 viktsprocent av materialet i ventilsätet.

I utföringsformer av uppfinningen har ventilsätet har ett genomflödesparti med en ellerflera genomgående öppningar vilket genomflödesparti är utsträckt i en riktning som ärvinkelrät mot kulelementets rotationsaxel så att vridning av kulelementet gradvismedger ökat flöde genom kulventilanordningen allteftersom kulelementet vrids mer bort från sitt första vinkelläge.

I en del utföringsformer kan ventilsätet ha ett genomflödesparti som har en endagenomgående öppning som är utsträckt i en riktning som är vinkelrät mot kulelementets rotationsaxel. Den genomgående öppningen kan då ha en bredd som ökar i den riktning som är vinkelrät mot kulelementets rotationsaxel eller en bredd som minskar i denriktning som är vinkelrät mot kulelementets rotationsaxel på ett sådant sätt att den delav den genomgående öppningen som har den största bredden blottas först när kulelementet vrids från det första vinkelläget.

I andra utföringsformer har ventilsätet ett genomflödesparti med ett flertal genomgåendeöppningar fördelade i den riktning som är vinkelrät mot kulelementets rotationsaxel.Ventilsätets genomflödesparti kan då innefatta en, två eller flera rader med genomgående öppningar som löper parallellt med varandra.

I åter andra utföringsformer kan ventilsätets genomflödesparti ha en enda genomgåendeöppning i en ände av genomflödespartiet varvid ventilsätet har ett spår vilket spår ärvänt mot kulelementets släta yta när ventilsätet är monterat i kulventilanordningen.Detta spår är då utsträckt i en riktning som är vinkelrät mot kulelementets rotationsaxeloch har en ände vid den genomgående öppningen så att vridning av kulelementet fråndet första vinkelläget medför att vätska kan strömma genom den genomgåendeöppningen och i spåret och därefter passera kulelementet. Spåret kan ha en bredd som minskar i riktning bort från den genomgående öppningen.

I fördelaktiga utföringsformer kan ett fjäderelement vara placerat i ventilhuset ochanordnat att verka mot ventilsätet så att ventilsätet pressas till anliggning mot en stödytai ventilhuset så att Ventilsätets läge i ventilhuset fixeras. Ett täckelement kan då varalöstagbart fastsatt i ventilhuset och placerat så att täckelementet håller kvarfjäderelementet när täckelementet är fastsatt i ventilhuset. Täckelementet är dåföreträdesvis (men inte nödvändigtvis) anordnat så att det är åtkomligt från utsidan avventilanordningen och därigenom möjliggör avlägsnande av täckelement ochfiäderelement så att ventilsätet kan bytas ut mot ett annat ventilsäte.

Uppfinningen avser även användning av den uppfinningsenliga kulventilanordningen ien industriell process i samband med reglering av ett flöde av exempelvis vatten, ånga,petroleumprodukter eller kemikalier ur gruppen ldor, klordioxid, hypoklorid,natriumhydroxid, natriumsulfat, salpetersyra, svavelsyra, väteperoxid, kalciumklorideller saltsyra som får passera genom kulventilanordningen. En sådan användning kanäven förstås i termer av ett förfarande där ett flöde av vätska eller ånga går genom enledning i en industriell process där flödet regleras med hjälp av den uppfinningsenligakulventilen. Det inses att flödet genom kulventilanordningen kan utgöras av enblandning av vätska och ånga och att vätska och/eller ånga som passerar genom kulventilanordningen kan vara en blandning av olika ämnen, till exempel en blandning av vatten och salpetersyra; en blandning av vatten och en eller flera petroleumprodukter eller en blandning av en eller flera petroleumprodukter och en eller flera kemikalier.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Figur 1 visar en vy av en känd kulventilanordning i ett stängt läge.Figur 2 visar ett tvärsnitt längs A-A i Figur 1.

Figur 3 visar en vy motsvarande Figur 1 i ett öppet läge.

Figur 4a visar ett tvärsnitt längs A-A i Figur 3.

Figur 4b visar en förstoring av en del av Figur 4a Figur 5 är en perspektivbild, delvis i genomskärning, av en utföringsform av den uppfinningsenli ga kulventilanordningen.Figur 6 visar ett idag vanligt förekommande kulelement för kulventilanordningar.

Figur 7 visar ett kulelement för användning i den uppfinningsenliga kulventilanordningen.

Figur 8 visar, i genomskäming, en utföringsform av den uppfinningsenliga kulventilanordningen i ett första läge vilket är ett helt stängt läge.

Figur 9 visar, i genomskäming, samma utföringsform som Figur 8 men här dåkulventilanordningen befinner sig i ett läge som inte är helt stängt utan medger viss genomströmning av vätska.

Figur lOa-e visar en möjlig utföringsforrn av ett ventilsäte för den kulventilanordningsom visas i Figur 8 och Figur 9.

Figur 11a - e visar en variant på det ventilsäte som visas i Figur 10 a - e.Figur 12a - e visar en ytterligare variant på ventilsätet enligt Figur 10 a - e.

Figur l3a - e visar en variant av ventilsätet där ventilsätet har en enda långsträcktöppning.

Figur 14 visar, i genomskäming, en andra utföringsform av den uppfinningsenligakulventilanordningen i ett första läge vilket är ett helt stängt läge.

Figur 15 visar, i genomskäming, samma utföringsform som Figur 14 men här dåkulventilanordningen befinner sig i ett läge som inte är helt stängt utan medger viss genomströmning av vätska.

Figur 16 a - e visar en möjlig utformning av ventilsätet för den kulventilanordning somvisas i Figur 14 och Figur 15.

Figur 17a - e visar en variant på det ventilsäte som visas i Figur 16 a - e.

Figur 18 a - e visar en ytterligare möjlig variant på det ventilsäte som visas i Figur 16 a -C.

Figur 19 a - e visar ett ventilsäte som skiljer sig från ventilsätet enligt Figur 17 a - e främst genom att det uppvisar två spår i stället för bara ett.

Figur 20 visar, i perspektiv, hur ventilsätet kan tas loss från kulventilanordningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Med hänvisning till Figur 1 och Figur 2 visas en känd kulventilanordning som innefattarett kulelement 4 och ett ventilsäte 3 med en genomgående öppning 14. I Figur 1 och 2är kulventilanordningen i ett helt stängt läge där vätska inte kan strömma genomkulventilanordningen eftersom kulelementet 4 blockerar ventilsätets 3 genomgåendeöppning 14. Som framgår av Figur 1 har kulelementet 4 ett spår 13 i sin yta. I Figur 3och Figur 4b visas samma kulventilanordning i ett öppet läge där kulelementet 4 vriditskring en axel så att spåret 13 intar ett läge som sammanfaller med ventilsätets 3genomgående öppning. Vätska kan då strömma genom kulventilanordningen genomden genomgående öppningen 3 eftersom spåret 13 då erbjuder engenomströmningskanal. Ofta är ventilsätet 3 i kontakt med åtminstone ett fjäderelement(ej visat i Figur 4a och 4b) som pressar ventilsätet 3 till anliggning mot en stödyta somkan vara en del av ett ventilhus. Kraften från fj äderelementet (eller fjäderelementen)pressar då ventilsätet med en kraft som markerats med pilama Fi Figur 4a. Närkulventilanordningen står delvis öppen under lång kan ventilsätet 3 pressas motkulelementets 4 spår 13. Då ventilsätet 3 består av ett jämförelsevis mjukt materialsåsom exempelvis polytrafluoreten (PTFE) kan kanterna på kulelementets 4 spår 13komma att tryckas in i det mjuka materialet i ventilsätet 3 och delvis defonneraventilsätet 3. En del av ventilsätet 3 sjunker in i spåret 13.

I denna patentansökan och i alla patent som kan komma att beviljas på grundval av denna ansökan skall begreppet "kulelement" uppfattas och förstås som ett element som innefattar ett segment av en sfär så att en del av kulelementet har en sfarisk form somframgår av exempelvis Figur 7, Figur 8 och Figur 9. När kulventilanordningen är i etthelt stängt läge som visas i till exempel Figur 8 är den yta på kulelementet som är vändmot ventilsätet en välvd yta med en krökningsradie och den yta som då vänder motventilsätet är då identisk med den yta som en helt sfärisk kropp med sammakrökningsradie skulle uppvisa mot ventilsätet. Det inses att ventilsätet har en form sommotsvarar/speglar formen på kulelementet så att kulelementet kan samverka ostört medventilsätet.

I Figur 4a visas ett inringat område som betecknats med hänvisningen S. Detta områdevisas i förstoring i Figur 4b.Med hänvisningsbeteckningen D betecknas denintryckning/inskäming som spårets 13 kanter har gjort i ventilsätet 3. När sedanventilanordningen stängs kan kulelementets kant skjuva av en del av det material somsjunkit in i spåret 13. Därefter kan läckage uppstå när ventilanordningen är stängd. Den nu föreliggande uppfinningen löser detta problem på ett sätt som beskrivs i det följande.

Det hänvisas nu till Figur 5 där en kulventilanordning enligt den nu föreliggandeuppfinningen visas i perspektiv och delvis i genomskäming. Den uppfinningsenligakulventilanordningen 1 innefattar ett ventilhus 2, ett ventilsäte 3 som är anordnat iventilhuset 2 och ett kulelement 4. Kulelementet 4 är vridbart lagrat i ventilhuset 2 kringen rotationsaxel (vridaxel) R så att det kan inta olika vinkellägen. Lämpligen sitterkulelementet 4 då på en vridbar stång A så att vridning av stången A medför attkulelementet vrider sig kring rotationsaxeln R. Kulelementet 4 är anordnat att samverkamed ventilsätet 3 så att vätska inte kan passera genom kulventilanordningen l dåkulelementet 4 befinner sig i ett första vinkelläge men passera genomkulventilandordningen 1 då kulelementet 4 är vridet till ett vinkelläge som skiljer sigfrån det första vinkelläget. Som framgår av Figur 5 kan ett fjäderelement 9 varaanordnat att verka mot ventilsätet 3 och fjäderelementet 9 kan utgöras av, till exempel,en fjäderbricka. I många praktiska utföringsformer kan ett täckelement såsomexempelvis en täckbricka ll vara fastsatt i ventilhuset 2 i ett sådant läge attfiäderelementet 9 och därmed även ventilsätet 3 hålls på plats. Täckbrickan ll kan varafastsatt i ventilhuset 2 exempelvis genom att den har gängor i sin periferi somsamarbetar med gängor i ventilhuset men fackmannen inser att täckbrickan ll kan varafastsatt i ventilhuset 2 på många andra sätt som inte behöver förklaras i detalj. I principkan täckbrickan ll vara fastsatt i ventilhuset på ett permanent sätt, till exempel genomsvetsning, men i föredragna utföringsforrner är täckbrickan ll löstagbart fastsatt (tillexempel genom gängning) så att täckbrickan ll enkelt kan tas bort i samband med exempelvis byte av ventilsätet 3 eller reparationer, underhållsarbeten och dylikt.

Med hänvisning till Figur 6 visas nu ett kulelement 4 av ett slag som är förut känt inomteknikområdet. Som förklarats tidigare med hänvisning till Figur 1 - 3 och Figur 4a hardetta kulelement 4 ett spår 13 i vilket materialet i ett mjukt ventilsäte kan sjunka invilket kan medföra skador på ventilsätet. I Figur 7 visas i stället ett kulelement 4 som äravsett att användas i den uppfinningsenliga kulventilanordningen. Detta kulelement 4saknar ett sådant spår 13 som kulelementet i Figur 6 är försett med. I stället harkulelementet 4 enligt Figur 7 en slät yta 5 utan spår. Den del av kulelementet 4 som haren slät yta 5 utan spår är så stor att den kan fås att täcka ventilsätet. Därigenom kankulelementet 4 vridas till ett vinkelläge där det uppvisar en mot ventilsätet 3 vänd yta 5som är helt slät utan spår. Ytan 5 på kulelementet 4 är så beskaffad att den, närku1e1ementet4 är monterat i kulventilanordningen 1 och kulventilanordningen 1 är i ettstängt läge, helt täcker ventilsätet 3. Ytan 5 är vidare så beskaffad att den vid vridningav kulelementet 4 från det första vinkelläget är helt slät och sammanhängande över heladet område där den täcker ventilsätet 3. Detta är det läge som kulelementet skall inta dåkulventilanordningen 1 är helt stängd (det första vinkelläget) så att ingen vätska skallkunna passera genom kulventilanordningenl. I det följ ande kommer det stängda lägetför kulventilanordningen 1 att betecknas som "ett första läge" (första vinkelläge) eller"det första läget". För att medge passage av vätska genom kulventilanordningen 1 har istället ventilsätet 3 en eller flera genomgående öppningar genom vilka vätska kanströmma då kule1ementet4 är vridet till ett vinkelläge som skiljer sig från det första vinkelläget som skall förklaras närmare länge fram i denna beskrivning.

Hela den del av kulelementet 4 som rör sig över ventilsätet 3 har alltså en yta 5 som ärhelt slät och sammanhängande och utan spår över hela det område där denna yta 5täcker ventilsätet 3 (helt eller delvis). Även då ytan 5 endast delvis täcker ventilsätet 3 finns alltså inget spår i ytan 5 som delar av materialet i ventilsätet kan sjunka in i. Ätminstone den del av ventilsätet 3 som kommer i kontakt med vätska som strömmargenom kulventilanordningen 1 är gjord av armerad polytetrafluoreten (PTFE).Företrädesvis är hela ventilsätet 3 är gjort av armerad polytetrafluoreten menutföringsformer är tänkbara där endast en del (eller delar) av ventilsätet är gjort avarmerad PTFE.

Genom att materialet i ventilsätet 3 är armerat förbättras materialets formstabilitet.

I en del utföringsformer kan den del av ventilsätet 3 som kommer i kontakt med vätskasom strömmar genom kulventilanordningen 1 vara gjord av polytetrafluoreten (PTFE) som armerats med 5 - 40 volymprocent glas, företrädesvis 10 - 25 volymprocent glas.

Det inses att hela ventilsätet kan vara gjort av PTFE som armerats med 5 - 40 volymprocent glas.

I andra utföringsformer kan den del av ventilsätet 3 som kommer i kontakt med vätskasom strömmar genom kulventilanordningen 1 vara gjord av polytetrafluoreten (PTFE)som armerats med 5 - 35 volymprocent kol, företrädesvis 5 - 25 volymprocent kol ochmest föredraget 10 - 25 volymprocent kol. Det inses att hela ventilsätet kan vara gjortav PTFE som armerats med 5 - 35 volymprocent kol. Med kol avses här i första handkolpulver/kimrök, bland annat för att kolpulver/kimrök lämpar sig väl då man vill få tillen jämn fördelning av kolet i PTFE-materialet så att man erhåller jämna materialegenskaper.Kimrök är ett material som är fördelaktigt då man vill ha låg friktion.

Glas är ett armeringsmaterial som är fördelaktigt då mycket kalla media skall passeragenom kulventilanordningen, till exempel flytande kväve. Ventilsäten med kol blirmycket spröda vid låga temperaturer och glas är då lämpligare som armeringsmaterial. Även andra armeringsmaterial än glas eller kol kan användas. I en del möjligautföringsformer kan ventilsätet 3 - eller åtminstone den del av det kommer i kontaktmed vätska som strömmar genom kulventilanordningen l - vara gjord avpolytetrafluoreten (PTFE) som armerats med 5 - 40 volymprocent grafit ochföreträdesvis 5 - 15 volymprocent grafit. Sökanden har i dagsläget inte testat grafit men det finns teoretiska skäl att tro att grafit kan ge ännu lägre friktion än kimrök.

Ett ytterligare tänkbart alternativ kan vara att låta åtminstone den del av ventilsätet 3som kommer i kontakt med vätska som strömmar genom kulventilanordningen 1 varagjord av polytetrafluoreten (PTFE) som armerats med austenitiskt stål, företrädesvispolytetrafluoreten (PTFE) som armerats med 10 - 60 viktsprocent austenitiskt stål. Detinses att hela ventilsätet 3 kan vara gjort av PTFE som armerats med austenitiskt ståloch stålet kan med fördel vara rostfritt austenitiskt stål. Med rostfritt austenitiskt stålförstås här stål med austenitisk struktur som innehåller krom (12 - 30 procent) ochnickel (7 - 30 procent samt andra metaller, ofta molybden (2-3 procent). Kolhalten i dessa stål är i regel förhållandevis låg, oftast under 0,05 procent.

Stålet i anneringsinaterialet kan med fördel även vara duplex-stål, det vill säga ferrit-austenitiskt rostfritt stål som innehåller krom, nickel, molybden, kol och kväve. Ettduplex-stål kan innehålla till exempel 22 - 24,9 procent krom, 5 - 8 procent nickel, 1 -4 procent molybden, kol under 0,03 procent (till exempel 0,01 - 0,029 procent kol) samt kväve 0,4 procent.

För armeringen kan man även använda superduplexa stål. Med superduplexa stål avses här duplex-stål med en kromhalt av 25 procent eller mer, till exempel 29 procent krom.

Vidare kan stålet i armeringen även vara ett superaustenitiskt stål och man kan även med fördel använda högnickelbaserade stållegeringar.

Rostfritt stål som armering har visat sig tåligare vid höga yttryck mellan ventilsäteoch kulelement samt flödesmedia som är tuffare mot mjuka material genom tex.höga massakoncentrationer, men framförallt klarar ventilsäte med armering irostfritt stål högre temperaturer än annering med kimrök genom att det är en stabilare armering.

En möjlig utföringsform av den uppfinningsenliga kulventilanordningen skall nu förklaras med hänvisning till Figur 8, Figur 9 samt figurerna 10 a - e.

I Figur 8 visas i genomskäming en utföringsforrn av den uppfinningsenligakulventilanordningen där kulelementet 4 befinner sig i ett första vinkelläge. Detta lägeför kulelementet 4 är läge där kulventilanordningen är stängd och vätska kan inteströmma genom kulventilanordningen 1. Som framgår av Figur 8 har ventilsätet 3genomgående hål 8. Dessa genomgående hål 3 är belägna i ett genomflödesparti 6 förventilsätet 3 och när kulventilanordningen l är öppen skall vätska kunna flöda genomde genomgående öppningama 8 i ventilsätets 3 genomflödesparti 6. Med det läge somkulelementet 4 intar i Figur 8 kan emellertid ingen vätska strömma genom degenomgående hålen 8 eftersom kulelementet 4 befinner sig i ett läge där genomflödespartiet 6 blockeras av kulelementet 4.

Figur 9 visar samma utföringsform som Figur 8 men här har kulelementet 4 vriditskring rotationsaxeln/vridaxeln R så att åtminstone en del av genomflödespartiet 6 intelängre blockeras av kulelementet 4. Vätska kan nu strömma genom de genomgåendeöppningama 8 i genomflödespartiet 6. En ström av vätska indikeras symboliskt medpilen V i Figur 9. Som förstås vid betraktande av Figur 9 är endast en del avgenomflödespartiet 6 frilagt och kulventilanordningen l är således inte i ett helt öppetläge. Det inses att man genom att variera den vinkel med vilken kulelementet 4 vridskring axeln R kan frilägga en större eller mindre del av genomflödespartiet 6 och på detta sätt reglera flödet för den vätska som passerar genom kulventilanordningen l.

En möjlig utföringsform för ventilsätet 3 visas i Figur 10 a - e. Figur 10 a är en vy raktovanifrån där man ser den del av ventilsätet 3 som vetter mot kulelementet 4 dåventilsätet är på sin plats i kulventilanordningen l medan Figur l0b visar ett tvärsnittlängs A - A i Figur l0a och Figur l0c visar tvärsnittet B - B i Figur l0a. Figur l0d visar ventilsätet 3 i perspektiv och Figur l0e visar, i perspektiv, hur ventilsätet 3 ser utunderifrån, det vill säga från den sida som är vänd bort från kulelementet 4 då ventilsätet 3 är på plats i kulventilanordningen 1.

Som framgår av Figur 10a - e har ventilsätets 3 genomflödesparti 6 ett flertalgenomgående öppningar 8 och de genomgående öppningama ligger på en rad så attgenomflödespartiet 6 är utsträckt i en riktning tvärs över ventilsätet 3. När ventilsätet 3är på plats i kulventilanordningen 1 är genomflödespartiet 6 utsträckt i en riktning somär vinkelrät mot kulelementets 4 rotationsaxel så att vridning av kulelementet 4 gradvismedger ökat flöde genom kulventilanordningen 1 allteftersom kulelementet 4 vrids merbort från sitt första vinkelläge. Allteftersom kulelementet 4 vrids från sitt förstavinkelläge (som visas i Figur 8) så kommer en allt större del av genomflödespartiet 6 attfriläggas så att vätska kan strömma igenom. På detta vis kan flödet genom kulventilanordningen 1 regleras.

I Figur lla - 11e visas en variant på ventilsätet enligt Figur 10a - l0e. I dennautföringsform har genomflödespartiet 6 två parallella rader av genomgående öppningar8. En annan variant som visas i Figur 12 a - Figur 12e är utfonnad med tre parallellarader av genomgående öppningar 8. Det inses att man på samma sätt kan ha fler än trerader av genomgående öppningar 8. Det skall även inses att de genomgåendeöppningama 8 inte nödvändigtvis behöver ligga på rad och att de inte behöver hasamma storlek, form eller avstånd till varandra. I Figur 10 a - l0e, Figur 11 a - 11e ochFigur l2a - 12e är de genomgående öppningarna runda, har samma storlek och liggerjämnt fördelade så att de i varje rad ligger på samma avstånd från varandra menutföringsformer är tänkbara där de genomgående öppningama har en annan form,exempelvis oval, trekantig eller rektangulär. Man kan även tänka sig utföringsfonnerdär de genomgående öppningarna 8 är ojämnt fördelade över genomflödespartiet 6. Tillexempel kan de genomgående öppningama 8 ligga på större avstånd från varandra i denena änden av en rad så att man vid begynnande öppning av kulventilanordningen får enmindre ökning av flödet genom genomflödespartiet 6 än vid motsvarande vridning avkulelementet 4 i ett senare skede. På motsvarande sätt kan man tänka sig att storleken påde genomgående öppningama 8 ökar eller minskar från den ena änden avgenomflödespartiet 6 till den andra. I alla utföringsformer skall dock de genomgåendeöppningama 8 vara så utformade och så placerade att allteftersom kulelementet vridslängre och längre bort från det första vinkelläget (det stängda läget) så skall mer ochmer vätska kunna strömma genom kulventilanordningen 1 vilket förutsätter att den totala ytan som är öppen för genomflöde ökar. 11 Det hänvisas nu till Figur 13a - 13e. I dessa figurer visas en ytterligare variant på hurventilsätet 3 kan vara utformat. De olika vyema enligt Figur 13a - 13 e motsvarar direktvyerna enligt Figur l0a - 10e men det ventilsäte som visas här har en endagenomgående öppning 7 vilken är utformad som en slits som sträcker sig överventilsätet 3, den genomgående öppningen 7 är alltså långsträckt. I den utföringsformsom visas i Figur 13a - l3e sträcker sig den genomgående öppningen (slitsen) 7 på ettsådant sätt att den passerar centrum för ventilsätet 3 (på samma sätt som raden avgenomgående öppningar 8 i varianten enligt Figur l0a - 10e). Som framgår av figuremahar den långsträckta genomgående öppningen/slitsen 7 en bredd W som ökar i den enariktningen. På detta vis kan man åstadkomma att inledande vridning av kulelementet 4från det första vinkelläget med ett visst antal grader medför att endast en liten öppningfriläggs i genomflödespartiet 6 medan ytterligare vridning av kulelementet 4 medsamma antal grader leder till att en förhållandevis större öppning blir tillgänglig förgenomströmning. Det inses att man genom att i stället låta öppningen 7 ha enminskande bredd i samma riktning kan åstadkomma den motsatta effekten. På så viskan ventilanordningens 1 regleregenskaper väljas efter olika behov. Det inses att, påsamma sätt som i varianterna enligt Figur l0a - 10e, Figur 11a - 11e och Figur 12a - 12e är genomflödespartiet 6 utsträckt i en riktning som är vinkelrät mot kulelementets 4rotationsaxel R när sätesventilen 3 är på plats i kulventilanordningen 1. Iutföringsformen enligt Figur 13a - l3e är alltså den genomgående öppningen 7 ärutsträckt i en riktning som är vinkelrät mot kulelementets 4 rotationsaxel. Företrädesvis- men inte nödvändigtvis - har den genomgående öppningen 7 har en bredd som ökar iden riktning som är vinkelrät mot kulelementets 4 rotationsaxel R men man kan äventänka sig utföringsformer där ventilsätets 3 genomgående öppning 7 har en bredd somminskar i den riktning som är vinkelrät mot kulelementets 4 rotationsaxel R) på ettsådant sätt att den del av den genomgående öppningen 7 som har den största bredden blottas först när kulelementet 4 vrids från det första vinkelläget.

Man kan även tänka sig sådana varianter av ventilsätet 3 enligt Figur 13a - 13 e därbredden W av den genomgående öppningen 7 är konstant över hela genomflödespartiets6 längd.

Utföringsformen enligt Figur 13a - 13e skiljer sig något från de varianter som visas iFigur l0a - 10e, Figur 11a - 11e och Figur 12a - 12 e men fungerar på ett i huvudsaklikartat sätt och kan därför betraktas som en variant av den utföringsforrn som visas i Figur 8 och Figur 9.

En annan utföringsform skall nu förklaras med hänvisning till Figur 14 och Figur 15. 12 I Figur 14 Visas den uppfinningsenliga kulventilanordningen 1 i ett stängt läge,kulelementet 4 befinner sig alltså i det första vinkelläget och blockerar genomströmningav vätska. Som framgår av Figur 14 har ventilsätet 3 en enda genomgående öppning 7som leder till ett spår 12 som emellertid inte kan släppa igenom vätska eftersomkulelementet 4 blockerar vägen. I Figur 14 kan man även se hur ett fjäderelement 9(exempelvis en fj äderbricka) är placerat i ventilhuset 2 och anordnat att verka motventilsätet 3. Ventilsätet 3 pressas därigenom till anliggning mot en stödyta 10 iventi1huset2 så att ventilsätets 3 läge i venti1huset2 fixeras. Ett täckelement 11 ärlöstagbart fastsatt i ventilhuset 2 och placerat så att täckelementet 11 håller kvarfjäderelementet 9 när täckelementet 11 är fastsatt i ventilhuset 2 och täckelementet 11 ärföreträdesvis anordnat så att det är åtkomligt från utsidan av kulventilanordningen 1 ochdärigenom möjliggör avlägsnande av täckelement 11 och fjäderelement 9. Därigenomkan man bland annat komma åt att byta ventilsätet 3 mot ett annat ventilsäte 3. Dettakan vara fallet när man vill ha ett ventilsäte med andra regleregenskaper eller när ett ventilsäte som av någon anledning har skadats behöver bytas mot ett nytt.

I Figur 15 visas hur kulelementet 4 vridits kring sin vridaxel R så att vätska kan strömma igenom kulventilanordningen 1 genom att passera spåret 12. Även i utföringsformen enligt Figur 14 och Figur 15 gäller att kulelementets yta 5 är såbeskaffad att den vid vridning av ku1e1ementet4 från det första vinkelläget är helt slätoch sammanhängande över hela det område där den täcker ventilsätet 3. Därigenom minskar risken för slitage på ventilsätet 3.

Med hänvisning till Figur 16a - 16e skall nu en möjlig utformning avkulventilanordningen 1 enligt Figur 14 och Figur 15 förklaras. I Figur 16a - 16e visasolika vyer av ventilsätet 3 på ett sätt som motsvarar vyema enligt Figur 10 a - e. Somframgår av figurema har ventilsätet 3 i denna utföringsform en genomgående öppning 7i ena änden av genomflödespartiet 6. Den genomgående öppningen 7 är belägen så attden kommer att blottas först när kulelementet 4 vrids bort från sitt slutna läge. Dengenomgående öppningen 7 är dock belägen enbart i en ände av genomflödespartiet 6och resten av genomflödespartiet 6 utgörs av ett spår 12 som är bildat i ventilsätet 3 påden yta som är vänd mot kulelementet 4 när ventilsätet 3 är på plats ikulventilanordningen 1. Spåret 12 kommer alltså att vara vänt mot kulelementets 4 slätayta 5 när ventilsätet 3 är monterat i kulventilanordningen 1. Spåret 12 är utsträckt i enriktning som är vinkelrät mot kulelementets 4 rotationsaxel R och har en ände vid den genomgående öppningen 7 så att vridning av kulelementet 4 från det första vinkelläget 13 medför att vätska kan strömma genom den genomgående öppningen 7 och i spåret 12 och därefter passera kulelementet 4 Som visas i Figur 16 a - 16 e kan spåret 12 ha en bredd som minskar i riktning bort från den genomgående öppningen 7.

I Figur 17a - 17e visas en variant på det ventilsäte 3 som visas i Figur 16 a - 16e. Idenvariant som visas i Figur 17a - 17e har spåret 12 en bredd som är huvudsakligenkonstant längs spårets 12 utsträckning och spåret 12 är också väsentligt bredare än ivarianten enligt Figur 16 a - 16e. Den genomgående öppningen 7 är också större än ivarianten enligt Figur 16 a - 16e och har dessutom givits en mer oval fonn. Det inses attdessa skillnader medför andra flödeskarakteristika än vas om är fallet med varianten enligt Figur 16 a - 16e.

Ytterligare en variant visas i Figur l8a - 18 e. Denna variant liknar den som visas iFigur 17a - 17 e men den genomgående öppningen 7 har här givits en cirkulärt rund form och spåret 12 är inte lika brett.

En annan variant visas i Figur 19a - 19e. I denna variant är spåret 12 avsmalnande iriktning bort från den genomgående öppningen 7 och spåret 12 är delat i två delar, 12a och 12b. Delningen åstadkoms genom en kant 15 som sträcker sig längs spåret 12.

De olika varianterna enligt Figur l6a - 16e; Figur 17a - 17e; Figur 18a - 18e; och Figur19a - 19e fungerar på i princip samma sätt. När kulelementet 4 vrids bort från det förstaläget (vinkelläget) kan vätska strömma in genom den genomgående öppningen 7 ochvidare i spåret 12 och alltså flöda mellan ventilsätet 3 och kulelementet 4 fram till dessatt vätskan kommer till en punkt där ventilsätet 3 inte alls är täckt av kulelementet 4 ochvätskan kan då strömma vidare genom kulventilanordningen 1. Innan vätskan nått enpunkt där kulelementet 4 inte längre täcker ventilsätet 3 är vätskan tvungen att strömmai spåret 12 och kan alltså inte ta någon annan väg. Det inses att spårets utfonnning då får betydelse för kulventilanordningens 1 flödeskarakteristika/regleregenskaper.

Som visas i Figur 20 kan ventilsätet 3 bytas genom att man lösgör täckbrickan 11,plockar bort fjäderbrickan 9 och därefter lyfter ut ventilsätet 3 så att det kan bytas ut mot ett annat ventilsäte, till exempel ett ventilsäte med andra regleregenskaper.

Genom att kulelementet 4 uppvisar en slät ytan utan spår kan slitage på ventilsätet reduceras vilket i sin tur minskar risken för läckage.

Det ventilsäte som används i den uppfinningsenliga kulventilanordningen kan medfördel tillverkas med additiv tillverkning, även känt som 3D-printning. Genom att 14 använda additiv tillverkning kan man lättare tillverka komplicerade former. Metoder föradditiv tillverkning finns beskrivna i exempelvis US patent nummer 9,862, 140 och USpatent nummer 9,944,016.

Den uppfinningsenliga kulventilanordningen kan med fördel användas i miljöer därkorrosiva kemikalier måste passera genom kulventilanordningen och valet av armeradpolytetrafluoreten (PTFE) gör då ventilsätet bättre kan tåla att utsättas för sådanakemikalier. Den uppfinningsenliga kulventilanordningen kan i synnerhet vara lämpadatt användas i pappers- och massaindustri där korrosiva kemikalier används. PTFE har även en låg friktionskoefficient vilket är till fördel.

I vissa fall kan den uppfinningsenliga konstruktionen med fördel tillämpas även på enkulventilanordning som inte använder ett ventilsäte av armerad PTFE och då möjliggöragod reglering av ett flöde, även om tätheten inte blir lika god som med ett ventilsäte avarmerad PTFE. Detta kan vara fallet när det flöde som skall gå genomkulventilanordningen innehåller hårda partiklar och kulventilanordningen måsteuppfylla högt ställda krav på resistens mot nötning. För sådana tillämpningar kan mananvända en kulventilanordning som har ett ventilsäte tillverkat i ett material med högnötningsbeständighet men som i övrigt är utformad i enlighet med vad som beskrivitsovan och men hänvisning till de bifogade figurerna. För sådana tillämpningar där högnötningsbeständighet är ett krav kan ventilsätet vara gjort i en homogen stålkvalité ellerav metall med hög halt av kobolt. Med "homogen" menas i detta sammanhang att det ärett och samma material i hela detaljen. Stålkvalitéer särskilt lämpliga för sådanatillämpningar kan utgöras av austenitiskt rostfritt stål, duplex rostfritt stål ellersuperaustenitiskt rostfritt stål. En lämplig stålkvalité kan till exempel utgöras av SS 142328 som är ett superduplex-material som innehåller 0,030 % kol (C), 0,8 % kisel (Si),1,2 % mangan (Mn), 0,035 % fosfor (P), 0,020 % svavel (S), 24 % - 26 % krom (Cr),6,0 % - 8,0 % nickel (Ni), 3,5 % - 5,0 % molybden (Mo) och 0,24 % - 0,32 % kväve(N)._Sådana material har hög beständighet mot nötning. När det ställs mycket höga kravpå nötningsbeständighet och/eller då den fluid som går genom kulventilanordningenhåller mycket hög temperatur kan man i stället för stål använda en metall med hög haltav kobolt. Detta kan vara lämpligt till exempel när den fluid som går genomkulventilanordningen har en temperatur på 400 °C eller högre eller när det ställs yttersthöga krav på nötningsbeständighet. Metallen i ventilsätet kan då utföras av ett materialsom innehåller minst 60% kobolt och som dessutom innehåller krom, nickel ochmolybden. Till exempel kan materialet innehålla 60 - 70 % kobolt, 20 - 30 % krom,och 0.5 - 12.0 % molybden samt en viss mängd nickel. Sådana material har mycket hög nötningsbeständighet, högre än de ovan angivna stålkvalitéerna och de klarar även höga temperaturer. Sökanden förbehåller sig rätten att inge patentkrav även för sådanakulventilanordningar där ventilsätet är utfört i en stålkvalité enligt vad som angivits ovan eller av en metall med hög halt av kobolt enligt vad som angivits ovan.

Uppfinningen innefattar även användning av den uppfinningsenligakulventilanordningen varvid kulventilanordningen används i en industriell process därvätska som innehåller kemikalier ur gruppen klor, klordioxid, hypoklorid,natriumhydroxid, natriumsulfat, salpetersyra, svavelsyra, väteperoxid, kalciumklorideller saltsyra får passera genom kulventilanordningen 1. Sådana industriella processerkan finnas inom exempelvis pappers- och massaindustri men kan även återfinnas inom andra områden, till exempel där man måste hantera flöden av petroleumprodukter.

Claims (18)

1. l.

2. En kulventilanordning (l) som innefattar ett ventilhus (2), ett ventilsäte (3) somär anordnat i ventilhuset (2) och ett kulelement (4) som är vridbart lagrat iventilhuset (2) lqing en rotationsaxel (R) så att det kan inta olika vinkellägenoch som är anordnat att samverka med ventilsätet (3) så att vätska inte kanpassera genom kulventilanordningen (l) då kulelementet (4) befinner sig i ettförsta vinkelläge men passera genom kulventilandordningen (l) då kulelementet(4) är vridet till ett vinkelläge som skiljer sig från det första vinkelläget,kännetecknad av att kulelementet (4) har en yta (5) som i det första vinkellägettäcker ventilsätet helt och som är så beskaffad att vid vridning av kulelementet(4) från det första vinkelläget, ytan (5) är helt slät och sammanhängande överhela det område där den täcker ventilsätet (3), av att ventilsätet (3) har en ellerflera genomgående öppningar genom vilka vätska kan strömma då kulelementet(4) är vridet till ett vinkelläge som skiljer sig från det första vinkelläget samt avatt åtminstone den del av ventilsätet (3) som kommer i kontakt med vätska somströmmar genom kulventilanordningen (l) är gjord av armeradpolytetrafluoreten (PTFE).

3. En kulventilanordning (l) enligt kravet l, varvid hela ventilsätet (3) är gjort av

4. armerad polytetrafluoreten.

5. En kulventilanordning (l) enligt kravet l, varvid åtminstone den del avventilsätet (3) som kommer i kontakt med vätska som strömmar genomkulventilanordningen (1) är gjord av polytetrafluoreten (PTFE) som armeratsmed 5 - 40 volymprocent glas, företrädesvis l0 - 25 volymprocent glas.

6. En kulventilanordning (l) enligt kravet l, varvid åtminstone den del avventilsätet (3) som kommer i kontakt med vätska som strömmar genomkulventilanordningen (1) är gjord av polytetrafluoreten (PTFE) som arrneratsmed 5 - 35 volymprocent kol, företrädesvis 5 - 25 volymprocent kol och mest

7. föredraget 10 - 25 volymprocent kol.

8. En kulventilanordning (l) enligt kravet l, varvid åtminstone den del avventilsätet (3) som kommer i kontakt med vätska som strömmar genomkulventilanordningen (l) är gjord av polytetrafluoreten (PTFE) som armerats

9. med 5 - 40 volymprocent grafit, företrädesvis 5 - 15 volymprocent grafit.

10.

11. ll.

12. 17 En kulventilanordning (1) enligt kravet 1, varvid åtminstone den del avventilsätet (3) som kommer i kontakt med vätska som strömmar genomkulventilanordningen (1) är gjord av polytetrafluoreten (PTFE) som armeratsmed rostfritt austenitiskt stål. En kulventilanordning (1) enligt kravet 1, varvid åtminstone den del avventilsätet (3) som kommer i kontakt med vätska som strömmar genomkulventilanordningen (1) är gjord av polytetrafluoreten (PTFE) som armeratsmed rostfritt austenitiskt stål legerat med nickel (Ni) eller som armerats med ett duplexstål, ett superduplexstål eller med en högnickel-baserad stållegering. En kulventilanordning (1) enligt vilket som helst av kraven 1 - 7, varvidventilsätet (3) har ett genomflödesparti (6) med en eller flera genomgåendeöppningar (7, 8) vilket genomflödesparti (6) är utsträckt i en riktning som ärvinkelrät mot kulelementets (4) rotationsaxel (R) så att vridning av kulelementet(4) gradvis medger ökat flöde genom kulventilanordningen (1) allteftersom kulelementet (4) vrids mer bort från sitt första vinkelläge. En kulventilanordning (1) enligt kravet 8, varvid ventilsätets (3)genomflödesparti (6) har en enda genomgående öppning (7) som är utsträckt i en riktning som är vinkelrät mot kulelementets (4) rotationsaxel (R). En kulventilanordning (1) enligt kravet 9, varvid den genomgående öppningen(7) har en bredd som är konstant i den riktning som är vinkelrät motkulelementets (4) rotationsaxel (R). En kulventilanordning (1) enligt kravet 9, varvid ventilsätets (3) genomgåendeöppning (7) har en bredd som ökar i den riktning som är vinkelrät motkulelementets (4) rotationsaxel på ett sådant sätt att den del av dengenomgående öppningen (7) som har den minsta bredden blottas först närkulelementet (4) vrids från det första vinkelläget. En kulventilanordning (1) enligt kravet 9, varvid ventilsätets (3) genomgåendeöppning (7) har en bredd som minskar i den riktning som är vinkelrät motkulelementets (4) rotationsaxel (R) på ett sådant sätt att den del av dengenomgående öppningen (7) som har den största bredden blottas först närkulelementet (4) vrids från det första vinkelläget.

13.

14.

15.

16.

17.

18. 18 En kulventilanordning enligt kravet 8, varvid ventilsätets genomflödesparti haren enda genomgående öppning (7) och varvid ventilsätet har ett spår (12) vilketspår (12) är vänt mot kulelementets (4) släta yta (5) när ventilsätet (3) ärmonterat i kulventilanordningen (1), vilket spår (12) är utsträckt i en riktningsom är vinkelrät mot kulelementets (4) rotationsaxel (R) och har en ände vidden genomgående öppningen (7) så att vridning av kulelementet (4) från detförsta vinkelläget medför att vätska kan strömma genom den genomgående öppningen (7) och i spåret (12) och därefter passera kulelementet (4) En kulventilanordning (1) enligt kravet 13, varvid spåret (12) har en bredd som minskar i riktning bort från den genomgående öppningen (7). En kulventilanordning (1) enligt kravet 8, varvid ventilsätets (3)genomflödesparti (6) har ett flertal genomgående öppningar (8) fördelade i den riktning som är vinkelrät mot kulelementets (4) rotationsaxel (R). En kulventilanordning (1) enligt kravet 15, varvid ventilsätets (3)genomflödesparti (6) innefattar två eller flera rader med genomgående öppningar (8) som löper parallellt med varandra. En kulventilanordning (1) enligt kravet 1, varvid ett fjäderelement (9) ärplacerat i ventilhuset (2) och anordnat att verka mot ventilsätet (3) så attventilsätet (3) pressas till anliggning mot en stödyta i ventilhuset (2) så attventilsätets (3) läge i ventilhuset (2) fixeras och varvid ett täckelement (11) ärlöstagbart fastsatt i ventilhuset (2) och placerat så att täckelementet (11) hållerkvar fjäderelementet (9) när täckelementet (11) är fastsatt i ventilhuset (2) ochvarvid täckelementet (11) är anordnat så att det är åtkomligt från utsidan avkulventilanordningen (1) och därigenom möjliggör avlägsnande av täckelement(11) och fjäderelement (9) så att ventilsätet (3) kan bytas ut mot ett annatventilsäte (3). Användning av en kulventilanordning (1) enligt något av kraven 1 - 17, varvidkulventilanordningen används i en industriell process i samband med regleringav ett flöde av exempelvis vatten, ånga, petroleumprodukter eller kemikalier urgruppen klor, klordioxid, hypoklorid, natriumhydroxid, natriumsulfat,salpetersyra, svavelsyra, väteperoxid, kalciumklorid eller saltsyra ellerblandningar av sådana medier.