NO330605B1 - Styringsventil. - Google Patents

Abstract

En ANSI Leakage Class V reguleringsventil med konstante avstengningskarakteristikker med en redusert aktuatorkaft nødvendig for å åpne og lukke ventilen er tilveiebrakt. Trimarrangementet (45) av reguleringsventilen inkluderer en ventilplugghylse (48) med en flerkonturert indre overflate. Den flerkonturerte indre overflate kan inkludere et flertall overflater. Den flerkonturerte overflate kan inkludere første (58), andre (59), og tredje (60) omkretsoverflater, og en første overgangsoverflate (61) er anordnet mellom og forbinder den første (58) og den andre (59) omkretsoverflate, og en andre overgangsoverflate (62) som er anordnet mellom og forbinder den andre (59) og den tredje (60) omkretsoverflate. Ventilen inkluderer også en ventilplugg (47) anbrakt ved en ende av en ventilspindel (56). Ventilpluggen (47) kontrollerer fluidstrømningen gjennom ventilen. Ventilpluggen (47) inkluderer en åpning (66) gjennom pluggen for egalisering av trykket over ventilpluggen. En ringformet kanal (64) er dannet inne i en vegg av ventilpluggen (47) og er tilpasset for å akkomodere en tetningsring (63). Tetningsringen (63) er i inngrep med den andre omkretsoverflate (59) for å danne en fluidtetning som hovedsakelig hindrer fluidlekkasje gjennom ventilen.

Description

OPPFINNELSESOMRÅDET

Den foreliggende oppfinnelse vedrører reguleringsvenner og vedrører mer spesielt et reguleringsventilarrangement egnet for i vesentlig grad å hindre lekkasje utover en maksimum lekkasjemengde, som for eksempel en mengde bestemt ved ANSI Leakage Class V.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Det primære formål for en kontrolleringsventil er å styre strømningen av et fluid, som for eksempel damp, gass, vann og lignende. Posisjonering av en bevegelig operatørdel, for eksempel en ventilplugg, mot et ventilsete inne i reguleringsventilhu-set styrer fluidstrømningen. Ettersom ventilpluggen beveger seg nær inntil ventilsetet skapes en variabel munning som kan modulere eller styre en mengde fluid som passerer gjennom ventilhuset. Under bestemte operasjonsbetingelser, som for eksempel når ventilpluggen er i kontakt med ventilsetet, kan lekkasje av fluidet fremdeles fore-komme. American National Standards Institute («ANSI») har et etablert lekkasjeklas-sifikasjoner for reguleringsvenner alt etter ventilens evne til å stenge av strømningen når ventilen er lukket. ANSI spesifiserer forskjellige lekkasjeklasser for for eksempel ANSI Leakage Class I, II, III, IV og V som relateres til den mengde strømning som tillates å passere gjennom ventilen når ventilen er i en lukket posisjon. Generelt blir lekkasjekrav mer strenge ved å gå fra Class I til Class V og for en ventil blir det derfor vanskeligere å tilfredsstille og overholde disse krav. Spesifikt angir ANSI Leakage Class V at den maksimale lekkasje som tillates gjennom en ventil er 0,0005 ml vann pr minutt, for en åpningsdiameter på 2,5 cm, pr 0,07 kg/cm<2>differensialtrykk som målt fra en innløpsåpning av ventilen til en utløpsåpning av ventilen. For eksempel kan en reguleringsventil med 5 cm diameter innløps- og utløpsåpninger, med 7 kg/cm<2>trykk utøvet på et fluid som passerer gjennom ventilen, ha opptil 0,1 ml lekkasje pr minutt og fremdeles tilfredsstille Leakage Class V krav.

Videre er konvensjonelle reguleringsvenner med store åpningsstørrelser konstruert til å balansere den kraft som utøves på ventilpluggen, i en anstrengelse for å redusere skyvkraften og derfor størrelsen av aktuatoren anvendt for å operere ventilen. Reduksjonen i aktuatorskyvkraft begrenser den mengde kraft som frembringes for å bringe ventilpluggen til anlegg mot ventilsetet. Følgelig er det vanskelig for slike ventiler å tilfredsstille de strenge Class V krav, under samtidig tilveiebringelse av en trykkbalansert ventilplugg.

Fig. 1 er en tverrsnittsillustrasjon av en konvensjonell dobbeltåpningsventil som ikke vil tilfredsstille Class V lekkasjekrav. Dobbelte åpningsventiler anvendes ofte for å balansere de nettokrefter som virker på en ventilplugg og minimere en aktuatorkraft nødvendig for å posisjonere ventilpluggen. Den illustrerte konvensjonelle dobbelte åpningsventil 10 har et ventilhus 10A sammenstilling (ventilhus) som er generelt koplet til en aktuator (ikke vist). Aktuatoren er typisk en pneumatisk drevet inn-retning som tilfører kraften og bevegelsen for å åpne eller lukke en ventil. Ventilhuset 10A rommer en ventilplugg 11 som er koplet til en ventilspindel 18. Ventilspindelen 18 er i sin tur koplet til en aktuatorspindel (ikke vist) som overfører aktuatorskyvkraf-ten til å bevege ventilpluggen 11. Ventilpluggen er posisjonert inne i fluidets strøm-ningsbane og er bevegelig for selektivt å modifisere strømningstakten gjennom ventilen. Den illustrerte ventilplugg har to avsatsflater, en første avsatsflate 12 og en andre avsatsflate 13. De koniske overflater av avsatsflatene 12 og 13 danner tettende overflater når de kommer til tilpasset inngrep mot en setering 14 ved en øvre åpning henholdsvis en setering 15 ved en nedre åpning.

Overflatearealene av den første avsatsflate 12 og den andre avsatsflate 13 har generelt lik størrelse. Når ventilpluggen 11 innføres gjennom toppen av ventilhuset

10A under ventilsammenstillingen må den andre avsatsflate 13 være dimensjonert til å passere gjennom seteringen 14. Den første avsatsflate 12 er imidlertid relativt stør-re enn den andre avsatsflate 13, slik at den første avsatsflate 12 ikke passerer gjennom seteringen 14. Den første avsatsflate 12 bringes da til anlegg mot seteringen 14 for å danne en tetning. Forskjellen i størrelse mellom den første avsatsflate 12 og den andre avsatsflate 13 resulterer i at overflatearealet av den første avsatsflate 12 er forholdsvis større enn for den andre avsatsflate 13.

I tillegg til å tilfredsstille kravene av en spesiell ANSI Leakage Class, er det ofte et ønske om at ventilpluggen skal være trykkbalansert, slik at bare en minimal kraftmengde er nødvendig for å åpne og lukke ventilen ved hjelp av aktuatordelene. Inne i en ventil beveges ventilpluggen til å blokkere eller åpne en fluidpassasje gjen nom ventilen mellom ventilinnløpet og ventilutløpet. Når ventilpluggen avstenges (d.v.s. ventilen lukkes) kan det være et fluidtrykk som skyver mot ventilpluggen fra innløpssiden av ventilen. Fluidtrykket resulterer fra det trykksatte fluid på innløpssiden og som blokkeres av ventilpluggen fra å passere gjennom ventilen. Fluidet utøver derfor en skyvkraft på ventilpluggen.

Mer spesifikt tilveiebringer det større overflateareal av den første avsatsflate 12 i forhold til den andre avsatsflate 13 mer overflateareal får fluidet til å virke på inne i ventilen. Dette resulterer i at fluidtrykket fra innløpet 16 utøver en forholdsvis større kraft på den første avsatsflate 12 enn på den andre avsatsflate 13 under av-stengningsbetingelser. Den resulterende nettokraft er i en retning som motvirker lukkingen av ventilen 10 (for eksempel oppover i fig. 1). Enhver tilleggskraft som virker mot aktuatoren resulterer i en økt belastning på aktuatoren og kan føre til krav om en større aktuator. I motsetning til dette er i den konvensjonelle dobbelte åpningskonst-ruksjon overflatearealene av den første avsatsflate 12 og den andre avsatsflate 13 relativt like i totalt areal. Som sådan er den nettokraft som utøves på ventilpluggen 11 forholdsvis liten.

I tillegg er det relativt vanskelig å maskinbearbeide avsatsflatene 12 og 13 og seteringene 14 og 15 til de relativt små toleranser som er nødvendig for å hindre lekkasje ved avstengning og å opprettholde termiske ekspansjonsforskjeller ved et mi-nimum. Følgelig er den eksempelvise dobbelte åpningsventil 10 vanskelig å produse-re på en måte slik at den ville tilfredsstille de maksimale lekkasjekrav ifølge ANSI Leakage Class V ved høyere operasjonstemperaturer.

I en ventil som anvender et trykkbalansert ventilpluggarrangement må ventilpluggen ofte bevege seg i en retning perpendikulær til fluidstrømningen. En vanlig fagkyndig vil imidlertid innse at andre ventilkonfigurasjoner, inklusive vinklede ventiler, kan ha lignende karakteristikker som dem som er beskrevet heri. Kammerne inne i ventilhuset er arrangert slik at der er fluid på begge ender av ventilpluggen. Dette resulterer i et første fluidtrykk som virker mot ventilpluggbevegelse ved en ende og et andre fluidtrykk som virker med ventilpluggbevegelsen ved den andre ende. Fluid-trykkrefter vil derfor gjerne virke mot hverandre og sikre at motstanden mot åpning og lukking av ventilen er meget små. Kreftene på hver side av ventilpluggen påvirker sterkt av åpningsarealene som de indre fluidtrykk i ventilen virker mot. Når de nettokrefter (resultatet av den første fluidkraft subtrahert fra den andre fluidkraft) som virker på endene av ventilpluggen er minimert, størrelsen av aktuatoren er minimert, og dette resulterer i en mer kostnadseffektiv ventilløsning.

Fig. 2 er en tverrsnittsillustrasjon av en dobbeltseteventil 20 med en trykkbalansert ventilplugg konstruert til å tilfredsstille lekkasjekravene ifølge ANSI Leakage Class V. Ventilen 20 har en ventilplugg 21 som posisjoneres ved hjelp av en ventilspindel 22. Ventilspindelen 22 er i sin tur koplet til en aktuator (ikke vist). Ventilspindelen 22 står ut fra ventilen 20 gjennom et ventildeksel 23. Ventildekslet 23 inkluderer en ventilpakning 24 som tilveiebringer en fluidtetning og tjener til å styre ventilspindelen 22 inne i ventilen 20. Som avbildet har ventilpluggen en todelt konstruksjon, som inkluderer en pilotplugg 25 og en hovedplugg 26. Hovedpluggen 26 samvirker med åpninger 27 tildannet i en plugghylse 28 og med en nedre setering 31 for å styre flu-idstrømningen mellom en innløpsåpning 29 og en utløpsåpning 30. Plugghylsen 28 danner del av en ventiltrimsammenstilling som omgir ventilpluggen 21 og hjelper til med å karakterisere strømningen av fluid som passerer gjennom ventilen. Ventiltrim-sammenstillingen modulerer typisk fluidstrømningen. Hovedpluggen 26 løftes opp fra seteringen 31 ved hjelp av en underlagsskive 32 festet til enden av pilotpluggen 25 ved hjelp av en mutter 33. Hovedpluggen 26 presses mot seteringen 31 ved hjelp av et flertall fjærer, som for eksempel fjærer 37 og 38, og danner en fluidtetning.

Pilotpluggen 25 inkluderer åpninger 35 og 36 som tillater at fluidtrykk over og under pilotpluggen 25 kan egaliseres. Når ventilen 20 skal åpnes er således de krefter som virker på pilotpluggen 25 bevirket av fluidtrykk på hver side av pilotpluggen 25 relativt balansert. Ventilspindelen 22 løfter pilotpluggen 25 opp fra et øvre ventilsete 34 dannet i hovedpluggen 26. Dette tillater at trykket på begge sider av hovedpluggen 26 egaliseres gjennom åpninger 39 tildannet i hovedpluggen 26.

Når ventilen 20 skal lukkes driver aktuatoren ventilspindelen 22, som i sin tur driver hovedpluggen 26 mot seteringen 31 for å danne en fluidtetning. Fjærene 37 og 38 utøver en kraft mellom pilotpluggen 25 og hovedventilpluggen 26 for å holde åpningen mellom pilotpluggen 25 og det øvre ventilsete 34 åpent. Dette opprettholder trykkene som virker over hovedpluggen 26 i en forholdsvis balansert tilstand inntil hovedpluggen 26 er brakt til anlegg mot det nedre ventilsete 31. Når hovedpluggen 26 er brakt til anlegg mot det nedre ventilsete 31 bevirker ventilspindelen 22 at pilotpluggen 25 bringes til anlegg mot det øvre ventilsete 34 og fullfører lukkingen av ventilen 20. Dette dobbelte setearrangement tillater at ventilen 20 oppnår en stengning tilsvarende ANSI Class V.

Ulemper ved denne dobbelte seteventilkonstruksjon er at den er relativt komp-lisert og krever dyre, nøyaktig maskinbearbeidede komponenter for å oppnå denne trykkbalanserte konstruksjon. I tillegg kan ventilkonstruksjoner med pilotplugg bli ustabile under visse operasjonsbetingelser.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Det foreligger et behov på dette område for en ventil med et ventiltrimmear-rangement som krever mindre strenge deltoleranser, tilfredsstiller lekkasjekravene ifølge ANSI Leakage Class V, og som krever en redusert aktuatorkraft for å åpne og lukke ventilen og muliggjør bruk av mindre aktuatorer. Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot videre løsninger for å tilfredsstille dette behov.

Generelt kan ventiltrimmesammenstillinger identifiseres som de indre komponenter i en ventil som er ansvarlige for å modulere strømningen av det regulerte fluid som passerer gjennom ventilen. Ventiltrimmesammenstillingen inkluderer ofte slike komponenter som en setering, ventilplugghylse, ventilspindel, og andre komponenter langs ventilveggene som er i kontakt med fluidstrømmen.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en ventil, kjennetegnet ved at den omfatter: et ventilhus med en innløpsåpning og en utløpsåpning;

et ventilsete anbrakt innen ventilhuset som danner en åpning som fluidmessig kommuniserer mellom innløpsåpningen og utløpsåpningen;

en ventilspindel som strekker seg gjennom ventilhuset og er bevegelig der-igjennom langs en akse;

en ventilplugg koplet til en ende av ventilspindelen, ventilpluggen har en lukket posisjon, i hvilken ventilpluggen opptar ventilsetet for å danne en primærtetning, hvori ventilpluggen er bevegbar bort fra den lukkede posisjon for å styre en fluidstrømning

gjennom ventilseteåpningen, ventilpluggen innbefatter en ledning tilpasset for å ut-jevne trykk over ventilpluggen og en ringformet kanal;

en tetningsring anbrakt innen den ringformede kanal til ventilpluggen; og

en ventilplugghylse anordnet inne i ventilhuset og med en indre overflate dimensjonert for å motta ventilpluggen, hvori en åpning mellom ventilplugghylsen og ventilpluggen danner en sekundær lekkasjebane, ventilplugghusets innvendige overflate innbefatter en flerkonturert indre perimeteroverflate med minst en første perimeteroverflate og en andre perimeteroverflate, med en første overgangsoverflate anbrakt mellom den første perimeteroverflate og den andre perimeteroverflate, den andre perimeteroverflate er formet som en generelt sylindrisk vegg vesentlig konsentrisk med ventilspindelaksen og er tilstrekkelig nær ventilpluggen for å tettende oppta tetningsringen, og derved danne en sekundær tetning som begrenser fluidlekkasje gjennom den sekundære lekkasjebane, og den første perimeteroverflate er anbrakt lengre borte fra ventilpluggen enn den andre perimeteroverflate.

Foretrukne utførelsesformer av ventilen er videre utdypet i kravene 2 til og med 10.

Det er også omtalt et tetningssystem med en flerkonturert ventilplugghylse. Den flerkonturerte ventilhylse har en første omkretsoverflate, en andre omkretsoverflate, og en tredje omkretsoverflate. En ventilplugg har en ringformet kanal. Ventilpluggen er bevegelig mellom en åpen posisjon og en lukket posisjon. En tetningsanordning er anbrakt inne i den ringformede kanal. Tetningsanordningen er tilpasset og dimensjonert til å danne en tetning med den andre omkretsoverflate av ventilplugghylsen når ventilpluggen er i en omtrentlig lukket posisjon.

Det er videre omtalt et tetningssystem som inkluderer en flerkonturert ventilplugghylse med et flertall omkretsoverflater. En ventilplugg har en ringformet kanal og er bevegelig mellom en åpen posisjon og en lukket posisjon. En tetningsanordning er anbrakt inne i den ringformede kanal. Tetningsanordningen er tilpasset og dimensjonert til å danne en tetning med én av flertallet av omkretsoverflater av ventilplugghylsen når ventilpluggen er i en omtrentlig lukket posisjon. Tetningsanordningen skjærer ikke andre av flertallet av omkretsoverflatene av ventilplugghylsen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

De ovennevnte trekk, fordeler og aspekter av den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende beskrivelse og de vedføyde tegninger, hvori: Fig. 1 er en skjematisk tverrsnittsillustrasjon av en konvensjonell dobbeltåpningsventil; Fig. 2 er en skjematisk tverrsnittsillustrasjon av en konvensjonell dobbeltseteventil; Fig. 3 er en skjematisk tverrsnittsillustrasjon av en ventil og trimarrangement i samsvar med et aspekt av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 3A er en forstørret tverrsnittsillustrasjon av en del av trimarrangementet vist i fig. 3;

Fig. 3B er et toppriss av ventilpluggen vist i fig. 3 og 3A; og

Fig. 4 er en forstørret tverrsnittsillustrasjon av en del av trimarrangementet i følge en eksempelvis utførelsesform.

DETALJERT BESKRIVELSE

En illustrerende utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse vedrører et ventiltrimarrangement for en ventil som oppnår en mer konstant og pålitelig fluidavstengning, mens den samtidig tilveiebringer en ventil som tilfredsstiller kravene til ANSI Leakage Class V. Ventiltrimarrangementet ifølge den foreliggende oppfinnelse modulerer strømningen av et fluid, og inkluderer en ventilplugghylse med en indre omkretsoverflate hovedsakelig parallell med en ventilspindel i ventilen. Ventilpluggen er koplet til en ende av ventilspindelen, idet den andre ende av spindelen er koplet til en aktuator. En tetningsring er anbrakt inne i en ringformet kanal tildannet i ventilpluggen kan bevege seg en valgt avstand langs omkretsoverflaten av ventilplugghylsen. Dette muliggjør at ventilpluggen kan komme i inngrep med en setering over et bredere område av mulige posisjoner mens det samtidig tilveiebringes et hovedsete ved seteringen og et sekundært sete ved tetningsringen.

Tetningsringen kan være i form av en C-ring. En åpen del av C-ringen vender mot det innkommende fluid som strømmer gjennom ventilen. Enhver fluidlekkasje forbi ventilpluggen samles således inne i C-ringen og tilveiebringer ytterligere trykk som skyver C-ringen mot ventilplugghylsen for å forsterke og forbedre tetningen, slik at dette hjelper til med å inhibere uønsket fluidstrømning. I tillegg er en andre omkretsoverflate av ventilplugghylsen hovedsakelig parallell til en bevegelsesretning av ventilpluggen. Dette muliggjør at tetningsringen kan bevege seg langs ventilplugghylsen ved utøvelse av en forholdsvis liten aktiveringskraft. Den mindre aktiveringskraft kan tilveiebringe muligheten til å redusere størrelsen av aktuatoren anvendt for å bevege ventilpluggen til å åpne og lukke ventilen. Fig. 3, 3A, B og 4 hvori like deler over alt er betegnet med like henvisningstall, illustrerer en eksempelvis utførelsesform av en ventiltrimsammenstilling ifølge den foreliggende oppfinnelse. Selv om den foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet med henvisning til en eksempelvis utførelsesform illustrert i figurene skal det forstås at mange alternative former kan omfatte den foreliggende oppfinnelse. En vanlig fagkyndig vil ytterligere innse forskjellige måter for å endre parameterne av de viste utfø-relsesformer, som for eksempel størrelse, form eller type av elementer eller materia-ler, på en måte som fremdeles holder seg innenfor ideen og rammen for den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er en tverrsnittstegning av en ventil 40 konstruert i samsvar med læren ifølge den foreliggende oppfinnelse. Ventilen 40 inkluderer et ventilhus 41 med en første åpning 42 og en andre åpning 43, idet hver av disse kan være konstruert som en innløpsåpning, og den andre av disse kan være konstruert som en utløpsåpning. Konstruksjonen av innløp versus utløp avhenger av retningen av fluidstrømningen gjennom ventilen. For strømningsretningen vist ved pilene 44 er den første åpning 42 innløpsåpningen og den andre åpning 43 er utløpsåpningen.

Et trimarrangement 45 er anbrakt inne i et kammer dannet i ventilhuset 41 kontrollerer strømningen av fluid mellom den første åpning 42 og den andre åpning 43. Trimarrangementet 45 inkluderer en ventilplugg 47, en ventilplugghylse 48 og et nedre ventilsete i form av en setering 46. Seteringen 46 har en åpning 49 og ventilplugghylsen 48 har et flertall åpninger 50 hvorigjennom fluid kan strømme når ventilen 40 er anbrakt i en åpen posisjon.

Et ventildeksel 51 er koplet med ventilhuset 41 ved hjelp av festeanordninger som for eksempel skrubolter 52 og muttere 53. En første pakning 54 er anbrakt mel lom ventilhuset 41 og seteringen 46. En andre pakning 55 er anbrakt mellom ventildekslet 51 og både ventilplugghylsen 48 og ventilhuset 41. Pakningene 54 og 55 hjelper til med å hindre uønsket fluidlekkasje fra ventilhuset 41. Når ventildekslet 51 er festet til ventilhuset 41 komprimerer ventildekslet 51 den andre pakning 55 mellom dekslet 51 og både ventilen 41 og ventilplugghylsen 48.1 tillegg komprimerer ventildekslet 51 den første pakning 54 mellom seteringen 46 og ventilhuset 41. Kompre-sjonen av den første pakning 54 og den andre pakning 55 tjener til å inneslutte fluid som strømmer i ventilhuset 41. Ventildekslet 51 komprimerer videre ventilplugghylsen 48 mot seteringen 46 for å holde seteringen 46 på plass inne i ventilhuset 41. En vanlig fagkyndig vil innse at andre arrangementer er mulig, inklusive ytterligere elementer som belastningsringer ved bygging av reguleringsvenner. Som sådan er den foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til den spesifikke eksempelvise konfigurasjon illustrert i figurene, men kan inkludere kjente variasjoner.

En ventilspindel 56 strekker seg gjennom ventildekslet 51 inn i ventilhuset 41. Konvensjonelle ventilpakninger og tetninger (ikke vist) kan være anordnet omkring ventilspindelen 56 for å muliggjøre at ventilspindelen 56 kan bevege seg frem og tilbake inne i ventilhuset 41 med liten til ingen lekkasje. Ventilspindelen 56 er koplet til ventilpluggen 47 ved en ende og til aktuatoren (ikke vist) ved den andre ende. Aktuatoren beveger ventilspindelen 56 frem og tilbake inne i ventilhuset 41, slik at ventilpluggen 47 beveges mellom åpen og lukket posisjon.

Ventilpluggen 47 samvirker med seteringen 46 for å styre strømningen av fluid gjennom ventilen 40. Når ventilpluggen 47 er i en lukket eller avstengningsposisjon ligger ventilpluggen 47 an mot seteringen 46. Ventilpluggen 47 dekker omtrentlig åpningene 50 av ventilplugghylsen 48 og er i inngrep med en tetningsring 63 for å av-stenge fluidstrømning fra den første åpning 42 til den andre åpning 43. Når ventilpluggen 47 er anbrakt i en åpen posisjon løsgjøres ventilpluggen 47 fra seteringen

46.1 den åpne posisjon av ventilen kan fluid strømme fra den første åpning 42, gjennom åpningene 50 i ventilplugghylsen 48, og åpningen 49 i seteringen 46 og inn i den andre åpning 43.1 tillegg kan ventilpluggen 47 inkludere en konvensjonell stempelring 57 for å minimere lekkasje mellom ventilplugghylsen 48 og ventilpluggen 47, mens ventilpluggen struper strømning gjennom ventilen 40.

Som vist i fig. 3 og 3A har ventilplugghylsen 48 en flerkonturert indre omkretsoverflate. For eksempel inkluderer den flerkonturerte indre omkretsoverflate en første plugghylseomkretsoverflate 58, en andre plugghylseomkretsoverflate 59, og en tredje plugghylseomkretsoverflate 60. Radius av den første plugghylseomkretsoverflate 58 er større enn radius av den andre plugghylseomkretsoverflate 59. Likeledes er den andre plugghylseomkretsoverflate 59 større enn radius av den tredje plugghylseomkretsoverflate 60. Den flerkonturerte overflate inkluderer videre en første overgangsoverflate 61 som tilveiebringer en forholdsvis gradvis overgang fra den første plugghylseomkretsoverflate 58 til den andre plugghylseomkretsoverflate 59. En andre overgangsoverflate 62, som også er en del av den flerkonturerte overflate, tilveiebringer en forholdsvis gradvis overgang fra den andre plugghylseomkrets 59 til den tredje plugghylseomkretsoverflate 60. Den første overgangsoverflate 61 kopler den første plugghylseomkretsoverflate 58 til den andre plugghylseomkretsoverflate 59 uten å anvende en kant av skarp, brå eller takket type som ellers ville interferere med eller hindre funksjonen av tetningsringen 63 når denne glir fra den første plugghylseomkretsoverflate 58 til den andre plugghylseomkretsoverflate 59. Den første overgangsoverflate 61 behøver derfor ikke å være fullstendig jevn men behøver bare å være tilstrekkelig gradvis slik at uønsket interference med bevegelsen av tetningsringen 63 langs den flerkonturerte overflate unngås. Den første overgangsoverflate 61 kan også virke som en styring for å rette tetningsringen 63 inn i en forholdsvis mer komprimert tilstand når den ligger inntil én av plugghylseomkretsoverflatene, som for eksempel den andre plugghylseomkretsoverflate 59.

Ifølge et aspekt av den foreliggende oppfinnelse er radius av den første plugghylseomkretsoverflate 58 valgt slik at tetningsringen 63 kan passere forbi den første plugghylseomkretsoverflate 58 uten å komme i kontakt dermed eller med bare å komme i minimal eller liten kontakt dermed. Tetningsringen 63 skaper derfor ikke noen ekstra vesentlig friksjon med den første plugghylseomkretsoverflate 58 til å motvirke en aktuatorkraft som beveger ventilpluggen 47 inne i ventilen. Mer signifi-kant etablerer tetningsringen 63 ikke ekstra kontakt bort fra de flerkonturerte indre omkretsoverflater, slik at slitasje på tetningsringen 63 reduseres. Ettersom ventilpluggen 47 fortsetter å bevege seg nedover inn i en lukket posisjon kommer imidlertid tetningsringen 63 i inngrep med eller i kontakt med den første overgangsflate 61. Etter som ventilpluggen 47 fortsetter å bevege seg nedover, som illustrert i fig. 3, blir tetningsringen 63 over den første overgangsoverflate 61 og kommer deretter i inngrep med den andre plugghylseomkretsoverflate 59. Radius av den andre plugghylseomkretsoverflate 59 er valgt til å komprimere tetningsringen 63 mellom omkretsoverflaten 59 og en ringformet kanal eller ledning 64 tildannet i ventilpluggen 47 og som rommer tetningsringen 63.

Den andre plugghylseomkretsoverflate 59 er hovedsakelig parallell til bevegel-sesretningen av ventilspindelen 56 og følgelig ventilpluggen 47. I tillegg tilveiebringer den andre plugghylseomkretsoverflate 59 en forlenget kontaktregion, som tetningsringen 63 kan gli langs inntil ventilpluggen 47 kommer i kontakt med seteringen 46, for å bringe ventilen i en lukket eller avstengningsposisjon.

Tetningsringen 63 er anordnet inne i den ringformede ledning 64 tildannet i

ventilpluggen 47. Veggene av den ringformede ledning 64 holder derfor tetningsringen 63 på plass når ventilpluggen 47 glir inn i den lukkede posisjon. Når den er i posisjon kommer tetningsringen 63 i kontakt med den andre plugghylseomkretsoverflate 59, og minst to av de tre vegger av den ringformede ledning 64 (den åpne side av den C-formede tetningsring 63 behøver ikke alltid å opprettholde kontakt med den ringformede ledning 64 med en fluidkraft som virker på tetningsringen 63). Den forlengede del av den andre plugghylseomkretsoverflate 59 setter tetningsringen 63 i stand til å gli og ikke hindre bevegelse av ventilpluggen 47, slik at ventilpluggen 47 settes i stand til å komme i kontakt med seteringen 46 langs et område av mulige avstengningslokaliteter. Mer spesifikt kommer tetningsringen 63 initialt i kontakt med den andre plugghylseomkretsoverflate 59 når ventilpluggen beveger seg mot seteringen 46. Den forlengede overflate av den andre plugghylseomkretsoverflate 59 setter tetningsringen 63 i stand til å gli langs den andre plugghylseomkretsoverflate 59 inntil ventilpluggen 47 kommer i tettende kontakt med seteringen 46. Evnen at tetningsringen 63 til å gli langs et område av posisjoner av ventilpluggen 47 på en måte som fremdeles opprettholder en tetning muliggjør en forholdsvis mindre streng tole-ranse med den maskinelle bearbeiding og sammenstilling av ventilkomponenter. Videre resulterer arrangementet i en ventil 40 som kan tilfredsstille de nødvendige tet-

ningskarakteristikker av ANSI Leakage Class V avstengningsventil. Også her blir tetningsringen 63 bare sammentrykket når ventilpluggen 47 nærmer seg eller er i anbrakt i den lukkede posisjon (d.v.s. når den befinner seg inntil den andre plugghylseomkrets 59). Følgelig minimeres slitasje på tetningsringen 63.

Tetningsringen 63 kan innta et antall former. Den form som er vist i den illustrerende utførelsesform er en C-ring tetning. En vanlig fagkyndig vil imidlertid innse at andre tetningsringformer og typer kan anvendes i forbindelse med læren ifølge den foreliggende oppfinnelse. Orienteringen av den C-ringformede tetningsring 63 vist i fig. 3 akkomoderer strømning gjennom ventilen 40 fra den første åpning 42 til den andre åpning 43. Tetningsringen 63 tilveiebringer en hovedsakelig tetning av flu id ty-pen mellom ventilpluggen 47 og ventilplugghylsen 48 når ventilpluggen 47 er posisjonert mot seteringen 46. Mer spesifikt, når ventilen 40 er lukket, ved posisjonering av en ventilpluggen 47 mot seteringen 46, tilveiebringer tetningsringen 63 en tetning mot lekkasje gjennom ventilen 40 mellom ventilpluggen 47 og ventilhuset 48. Fluid som forsøker å lekke gjennom ventilen 40 mellom ventilpluggen 47 og ventilhuset 48 går inn i åpningen av tetningsringen 63 og presser tetningsringen 63 mer tett mot den andre plugghylseomkretsoverflate 59 og den ringformede ledning 64. Denne virkning øker tetningen mellom ventilpluggen 47 og ventilhuset 48. Den mekaniske fjærkraft av tetningsringen 63 kompenserer også for feil innenfor maskinbearbeidingstolean-sene og dimensjonsvariasjoner bevirket av temperaturendringer. Denne mekaniske skjærkraft kan gjentas i en motsatt strømningsretning hvis tetningsringen 63 vendes opp ned fra posisjonen vist i figurene. Den foreliggende oppfinnelse er således ikke begrenset til strømning bare i den viste retning, men en vanlig fagkyndig vil snarere innse at forskjellige strømningsretninger kan akkomoderes ved å endre retningen av åpningen i den C-formede tetningsring 63.

Som vist i fig. 3 og 3B har ventilpluggen 47 ledninger 66 tildannet deri for å balansere de trykk som virker over ventilpluggen 47. Mer spesifikt, på grunn av ledningene 66, blir trykkene i et første volum 67 over ventilpluggen 47 og et andre volum 68 under ventilpluggen 47 hovedsakelig utlignet (bare spindelarealet tilveiebringer en overflate som fluidtrykket kan virke på). Dette resulterer i utøvelse av generelt like men motsatte rettede indre fluidkrefter på ventilpluggen 47, bortsett fra en ikke- balansert ringformet region 69 av ventilpluggen 47. Denne ikke-balanserte ringformede region 69 er vist i fig. 3A.

Som vist i fig. 3A inkluderer trimarrangementet ventilhuset 48, tetningsringen 63, den ringformede ledning 64, ventilpluggen 47 og seteringen 46. Som illustrert presser tetningsringen 63 mot den ringformede ledning 64 og den andre plugghylseomkrets 59 når ventilen 40 er anbrakt i den lukkede posisjon, og den nedre del av ventilpluggen 47 ligger an mot seteringen 46. På grunn av ledningene 66 (fig. 3) som passerer gjennom ventilpluggen 47 utøves imidlertid utløpstrykk mot både øvre og nedre sider av ventilpluggen 47. Disse øvre og nedre sider har generelt like arealer bortsett fra arealet av ventilspindelen, som kan minimeres. Etter som trykkene i det første volum 67 og det andre volum 68 er like og virker mot generelt like arealer ut-øver disse trykk generelt like, men motsatte krefter på ventilpluggen 47. Disse generelt like men motsatte krefter opphever hverandre. Der er imidlertid et areal i ventilpluggen 47 som er eksponert for forskjellige trykk. De forskjellige trykk resulterer i utøvelse av ikke-opphevende krefter på ventilpluggen 47. Følgelig danner dette areal den ikke-balanserte ringformede region 69 som vist i fig. 3A.

Den ikke balansert ringformede region 69 har enn ytre radius definert ved det punkt hvor tetningsringen 63 kommer i kontakt med den andre plugghylseomkretsoverflate 59, og en indre radius definert ved det punkt hvor den nedre del av ventilpluggen 47 kommer i kontakt med seteringen 46. Den nedre side av den ikke-balanserte ringformede region 69 er eksponert for innløpstrykk på grunn av lekkasje mellom ventilpluggen 47 og ventilhuset 48, som vil fylle tetningsringen 63. Den øvre side av denne ikke-balanserte ringformede region 69, med toppen av ventilpluggen

47, er eksponert for utløpstrykket i det første volum 67. Når disse trykk er forskjellige utøves en resulterende nettokraft på ventilpluggen 47 og som må overvinnes av ven-tilaktuatoren for å lukke ventilen. Den nettokraft er proporsjonal med forskjellen mellom disse trykk multiplisert med den ikke-balanserte ringformede region 69. På grunn av at størrelsen av den ikke-balanserte ringformede region 69 er relativt liten er den nettokraft som virker på ventilpluggen 47 og som skyldes den ikke-balanserte ringformede region 69 er også forholdsvis liten. I tillegg skapes mulighet for bruk av en

mindre aktuator for å lukke ventilpluggen 47 mot tetningsringen 46, i forhold til konvensjonelle ventiler.

Det illustrerte trimarrangement 45 ifølge den foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller også ANSI Leakage Class V stengekrav når ventilpluggen 47 er posisjonert mot seteringen 46 (d.v.s. er anbrakt i den lukkede posisjon). Tetningsringen 63 kan fremstilles av passende materiale, som for eksempel «Inconel» X750 (Industry Designation NO7750), eller 718 metall (Industry Designation N07718), slik at ventilen kan motstå forholdsvis høye temperaturer (for eksempel omtrent 268°C og høyere).

Fig. 4 illustrerer en eksempelvis utførelsesform av trimarrangementet 45 ifølge den foreliggende oppfinnelse som ble satt sammen. Den eksempelvise utførelses-form inkluderte den første plugghylseomkretsoverflate 58, den andre plugghylseomkretsoverflate 59, og den tredje plugghylseomkretsoverflate 60. Radius av den første plugghylseomkretsoverflate 58 var større enn radius av den andre plugghylseomkretsoverflate 59. Likeledes var den andre plugghylseomkretsoverflate 59 større enn radius av den tredje plugghylseomkretsoverflate 60. Den flerkonturerte overflate inkluderte videre en første overgangsoverflate 61a som tilveiebringer en forholdsvis gradvis overgang fra den første plugghylseomkretsoverflate 58 til den andre plugghylseomkretsoverflate 59. Mer spesifikt anvendte den eksempelvise utførelsesform en vinkel på omtrent 7,5° som innføringsvinkel til den andre plugghylseomkrets 59, målt fra en vertikal ventil senterlinje. I tillegg var en radius anbrakt på overgangen mellom den første og overgangsoverflate 61a og den andre plugghylseomkrets 59 omtrent 6 mm. Den andre overgangsoverflate 62, som også var en del av den flerkonturerte overflate, ga i tillegg en overgang fra den andre plugghylseomkrets 59 til

den tredje plugghylseomkretsoverflate 60. Det skal bemerkes at vinkel- og radiusmå-lingene er representative for en eksempelvis utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Det er meningen at rammen av den foreliggende oppfinnelse skal gå utover disse spesifikke målinger, noe som vil være klart for en vanlig fagkyndig.

Den første overgangsoverflate 61a kopler den første plugghylseomkretsoverflate 58 med den andre plugghylseomkretsoverflate 59 uten å anvende en kant av skarp, brå eller takket type. En slik kant ville ellers interferere med eller hindre funksjonen av tetningsringen 63 når den glir fra den første plugghylseomkretsoverflate 58 til den andre plugghylseomkretsoverflate 59. Den gradvise vinkel på omtrent 7,5° virker også som en styring for å rette tetningsringen 63 inn i en forholdsvis mer komprimert tilstand når den ligger inntil den andre plugghylseomkretsoverflate 59.

Idet det på nytt vises til oppfinnelsen generelt tilveiebringer det illustrerte trimarrangement 45 fordelaktig en mer konstant fluidavstengning, med forholdsvis små aktuatorkrefter nødvendig for å lukke ventilen 40. Tetningsringen 63 anordnet i den ringformede kanal 64 av ventilpluggen 47 kan fremstilles av et høytemperaturbestan-dig materiale, som for eksempel metall, for å skape en høytemperatur ANSI Leakage Class V, avstengning. Tetningsringen 63 kan videre være i form av en C-ring. En åpen del av C-ringen kan vende mot en innkommende fluidstrømning gjennom ventilen. Enhver fluid som lekker forbi ventilpluggen samles således inne i C-ringen og tilveiebringer ytterligere trykk som skyver C-ringen mot ventilhuset for å forsterke og forbedre tetningen. I tillegg er den andre omkrets av ventilhuset hovedsakelig parallell med en bevegelsesretning av ventilpluggen. Dette resulterer i at tetningsringen er i stand til å bevege seg langs ventilhuset med utøvelse av en forholdsvis liten aktiveringskraft. Dette skaper en mulighet for erstatning med en forholdsvis mindre aktuator for å bevege ventilpluggen inne i ventilpluggen til å åpne og lukke ventilen. I tillegg kan ventilpluggen komme til anlegg med seteringen over et bredt område av plugg-bevegelsesavstander og tetningsringen kan fremdeles opprettholde en god tetning med den andre plugghylseomkrets av ventilplugghylsen.

Tallrike modifikasjoner og alternative utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse vil fremgå for de fagkyndige i lys av den foregående beskrivelse. Denne beskrivelse skal følgelig oppfattes bare som illustrerende og er for det formål å lære de fagkyndige den beste måte for utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Detaljer av strukturen kan variere vesentlig uten å gå utenfor idéen for den foreliggende oppfinnelse og eksklusiv bruk av alle modifikasjoner som kommer innenfor rammen for de etterfølgende patentkrav er reservert. Det er meningen at den foreliggende oppfinnelse bare skal begrenses i den utstrekning som nødvendiggjøres av de etterføl-gende patentkrav og lovens bestemmelser.

Claims (10)

1. Ventil,karakterisert vedat den omfatter: et ventilhus med en innløpsåpning og en utløpsåpning; et ventilsete anbrakt innen ventilhuset som danner en åpning som fluidmessig kommuniserer mellom innløpsåpningen og utløpsåpningen; en ventilspindel som strekker seg gjennom ventilhuset og er bevegelig der-igjennom langs en akse; en ventilplugg koplet til en ende av ventilspindelen, ventilpluggen har en lukket posisjon, i hvilken ventilpluggen opptar ventilsetet for å danne en primærtetning, hvori ventilpluggen er bevegbar bort fra den lukkede posisjon for å styre en fluidstrømning gjennom ventilseteåpningen, ventilpluggen innbefatter en ledning tilpasset for å ut-jevne trykk over ventilpluggen og en ringformet kanal; en tetningsring anbrakt innen den ringformede kanal til ventilpluggen; og en ventilplugghylse anordnet inne i ventilhuset og med en indre overflate dimensjonert for å motta ventilpluggen, hvori en åpning mellom ventilplugghylsen og ventilpluggen danner en sekundær lekkasjebane, ventilplugghusets innvendige overflate innbefatter en flerkonturert indre perimeteroverflate med minst en første perimeteroverflate og en andre perimeteroverflate, med en første overgangsoverflate anbrakt mellom den første perimeteroverflate og den andre perimeteroverflate, den andre perimeteroverflate er formet som en generelt sylindrisk vegg vesentlig konsentrisk med ventilspindelaksen og er tilstrekkelig nær ventilpluggen for å tettende oppta tetningsringen, og derved danne en sekundær tetning som begrenser fluidlekkasje gjennom den sekundære lekkasjebane, og den første perimeteroverflate er anbrakt lengre borte fra ventilpluggen enn den andre perimeteroverflate.

2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat den flerkonturerte indre perimeteroverflate til ventilplugghylsen videre innbefatter en tredje perimeteroverflate og en andre overgangsoverflate anbrakt mellom den andre perimeteroverflate og den tredje perimeterover flate, hvori den tredje perimeteroverflate er vesentlig konsentrisk med ventilspindelaksen og er anbrakt nærmere ventilpluggen.

3. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat den første perimeteroverflate er vesentlig konsentrisk med ventilspindelaksen.

4. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat tetningsringen omfatter en C-ring med åpning.

5. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat C-ringen er orientert slik at åpningen mottar fluids-strømning gjennom den andre lekkasjebane, slik at fluidet fyller åpningen og skyver C-ringen mot den andre perimeteroverflate, og derved forbedrer den andre tetning.

6. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat tetningsringen omfatter et materiale tilpasset for ope-rasjon ved temperaturer på minst omkring 268°C.

7. Ventil ifølge krav 6, karakterisert vedat materialet omfatter et metall.

8. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter en stempelring anbrakt mellom ventilplugghylsen og ventilpluggen for å danne en fluidtetning med ventilplugghylsen.

9. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat tetningsringen er tilpasset for å gli langs den andre perimeteroverflate under bruk.

10. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat den første overgangsoverflate har en generelt avkor-tet kjegleform dannet ved en vinkel på omkring 7,5 grader med hensyn til ventilspindelaksen.