NO339409B1 - Tetningsenhet for fluidtrykkstyringsanordning - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse offentliggjøring vedrører generelt fluidtrykksreguleringsanordninger og, mer bestemt, enheter for tetting mellom glidende komponenter som brukes i slike anordninger.

Fluidtrykksreguleringsanordninger, så som reguleringsventiler og regulatorer, er i vanlig bruk for å regulere strømningskarakteristikaene til et fluid. En typisk anordning inkluderer et ventilhus som avgrenser et innløp, et utløp og et fluidstrømningsløp som strekker seg mellom innløpet og utløpet. Et ventilsete er koplet til ventilhuset og avgrenser en åpning som fluidløpet går gjennom. Et strupeelement, så som en plugg, er bevegelig i forhold til ventilsetet, for derved å regulere fluidstrøm gjennom åpningen. I en fluidreguleringsanordning med glidende spindel, er strupeelementet koplet til en spindel som strekker seg på utsiden av ventilhuset, hvilken i sin tur er koplet til en aktuator for posisjonering av strupeelementet i forhold til ventilsetet.

Fluidreguleringsanordninger med glidende spindel krever ofte komponenter for styring av strupeelementenheten i forhold til ventilsetet. Særlig er det ønskelig

å styre den lineære bevegelse av strupeelementenheten slik at den er konsentrisk med dekslet, pakningens boring, kurven, seteringen eller andre komponenter som er koplet til ventilhuset. Nøye styring av spindelens og/eller pluggens tupp opprett-holder også maksimal sideveis stabilitet, for å motstå vibrasjon og utmattings-brudd. Følgelig, komponenter som styrer bevegelse av strupeelementet inkluderer ofte styreoverflater som glir mot hverandre.

Gnidning og glidning av styrekomponenter i fluidreguleringsanordninger kan forårsake at materiale fra ventilkomponentene blir frigjort på grunn av slitasje, av-sitting eller andre årsaker. De ikke-korrosive materialer som brukes i enkelte applikasjoner er særlig tilbøyelige til å få avsliting. Avsliting og andre slitasje-fenomener kan forårsake bevegelse og overføring av komponentmateriale langs kontaktbanen. Det løse materiale kan forringe eller bryte tettede inngrep inne i fluidreguleringsanordningen, så som den primære tetning mellom et strupeelement og et sete, en sekundær tetning mellom et strupeelement og en kurv, eller en spindelpakningstetning mellom en spindel og en pakningsenhet, for å nevne noen få.

Fra US 3892384 fremgår det en dobbelsetet kurvventil med fleksibelt pluggsete. Pluggsetet er et konisk pluggformet sete av et elastisk materiale.

Konvensjonelle løsningsmåter for å redusere avsliting anvender typisk bruk av ulike materialer for de komponenter som har kontakt med hverandre. Denne praksis kan resultere i høyere kostnad for materialer og sammenstilling, og kan begrense bruk av anordningen i visse applikasjoner.

Kort beskrivelse av tegningene:

Figur 1 er et sideriss, i tverrsnitt, av en fluidreguleringsanordning som har et avlastningshulrom posisjonert tilstøtende kontaktoverflaten mellom en plugg og et sete; Figur 2 er et forstørret riss av en detalj på figur 1, og illustrerer avlastningshulrommet; Figur 3 er et sideriss, i tverrsnitt, av en annen utførelse av en fluidreguleringsanordning som har et avlastningshulrom posisjonert mellom en plugg og en kurv; Figur 4 er et forstørret riss av en detalj på figur 3, og illustrerer avlastningshulrommet; og Figur 5 er et sideriss, i tverrsnitt, av en ytterligere utførelse av en fluidreguleringsanordning som har et avlastningshulrom som er posisjonert tilstøtende spindelen og pakningssammenstillingen.

Det vises en tetningsenhet for en fluidreguleringsanordning som inkluderer et avlastningshulrom for å redusere de skadelige effekter av avsliting eller annen skade på tette kontaktområder inne i anordningen. Avlastningshulrommet tilveiebringer et rom inn i hvilket materiale, typisk metallmateriale, fra komponenter i kontakt kan samles opp, hvilket hindrer materialet i å komme inn i områder som er tiltenkt for tett kontakt. Avlastningshulrommet kan for eksempel være posisjonert tilstøtende det tette kontaktområde mellom en plugg og et ventilsete, mellom en plugg og en kurv, eller mellom en spindel og en pakningsenhet. Selv om disse eksemplifiserende utførelser er beskrevet i nærmere detalj nedenfor, vil det forstås at avlastningshulrommet kan være lokalisert i andre områder inne i en fluidreguleringsanordning som ville dra nytte av de fordeler som her læres bort.

Figurene 1 og 2 illustrerer en ubalansert pluggreguleringsventil 10 med en enkelt port og med glidende spindel, med et ventilhus 12 som avgrenser et innløp 14 og et utløp 16, hvor ventilen 10 regulerer fluidstrøm fra innløpet 14 til utløpet

16. Et ventilsete 18 er koplet til ventilhuset 12 og avgrenser en åpning 20 som fluidløpet går gjennom. I den illustrerte utførelse er ventilsetet 18 koplet til ventilhuset 12 ved hjelp av et gjengeinngrep, andre kjente koplingsmetoder kan imidlertid brukes. Et øvre parti av ventilsetet 18 er utformet med en tettende overflate 22, som i den eksemplifiserende utførelse har form av en avkortet kjegle. Et nedre parti av ventilsetet 18 er utformet med en sylindrisk innvendig overflate 24. En strupeelementenhet 26 er innsatt gjennom en øvre port 28 i ventilhuset for å regulere fluidstrøm gjennom ventilsetets åpning 20. Strupeelementenheten 26 inkluderer et strupeelement, så som en plugg 30, som er koplet til en spindel 32. Pluggen 30 inkluderer en sammenføringsoverflate 34 som er utformet til å utfylle ventilsetets tettende overflate 22, slik at sammenføringsoverflaten 34 er i tettende inngrep med den tettende overflate 22 for å danne en primær tetning når pluggen 30 er i den stengte posisjon, som illustrert på figur 2. Pluggen 30 inkluderer også en sylindrisk utvendig overflate 36 som er dimensjonert til glidende inngrep med ventilsetets innvendige overflate 24. I denne utførelse tilveiebringer den innvendige overflate 24 av ventilsetet 18 og den utvendige overflate 36 av pluggen 30 første og andre styreoverflater som leder pluggens sammenføringsoverflate 34 mot ventilsetets tettende overflate 22 når strupeelementenheten 26 beveges til den stengte posisjon.

I den utførelse som er illustrert på figur 1, inkluderer pluggen 30 videre strømningskarakteriserende ben 38 som strekker seg nedover fra den utvendige overflate 36. Benene 38 er utformet til å danne mellomrom 40 mellom seg, for derved å fremskaffe ønskede strømningskarakteristika når strupeelementenheten 26 kun er delvis åpen, hvilket er velkjent innen teknikken. Det vil forstås at andre typer av plugger, med og uten strømningskarakteriserende ben, kan brukes uten å avvike fra omfanget av den foreliggende offentliggjøring.

Spindelen 32 strekker seg fra en øvre overflate av pluggen 30 og gjennom ventilhusets øvre port 28. En fri ende 42 av spindelen 32 er tilpasset til kopling til en aktuator (ikke vist) som tilveiebringer en bevegende kraft til strupeelementenheten 26.

En dekselenhet 43 er koplet til ventilhuset 12 for å innelukke den øvre port 28 og for å tette mot spindelen 32. Dekselenheten 43 inkluderer et deksel 44 som er løsbart koplet til huset 12, så som ved hjelp av festeanordninger. Dekselet 44 har en innvendig boring 48 som avgrenser et pakningskammer 50 og en hals 52. Halsen 52 kan glidende gå i inngrep med spindelen 32 for å tilveiebringe ytterligere styring av strupeelementenheten 26 under bevegelse, som omtalt i nærmere detalj nedenfor med henvisning til utførelsen på figur 5. En pakningsenhet 54 kan settes inn i pakningskammeret 50 for å tette mellom ventilspindelen 32 og dekslets innvendige boring 48, for å hindre lekkasje av fluid derigjennom.

Et avlastningshulrom 56 er dannet i ventilsetet 18 for å redusere faren for at frigjort materiale, så som fra avsliting, skal komme inn i det primære tetnings-område. Som illustrert på figurene 1 og 2 er avlastningshulrommet 56 utformet som et generelt ringformet spor som danner et mellomrom mellom pluggens utvendige overflate 36 og ventilsetets innvendige overflate 24. Hulrommet 56 har et volum som er tilstrekkelig til å motta materiale fra pluggen 30, ventilsetet 18 eller en annen komponent som kan være løsnet eller på annen måte overført under operasjon av strupeelementenheten 26.

I den eksemplifiserende utførelse er avlastningshulrommet 56 posisjonert mellom den primære tetning som er dannet av den tettende overflate 22 og sammenføringsoverflaten 34 og styreoverflåtene som er tilveiebrakt av pluggens utvendige overflate 36 og ventilsetets innvendige overflate 24. Materiale som er frigjort ved avsliting, slitasje eller av andre årsaker, som typisk vil ha sin opprinn-else i området for styreoverflatene, vil følgelig samles opp i avlastningshulrommet 56, slik at det unngås brudd av den primære tetning. Materiale som er avsatt i avlastningshulrommet 56 kan deretter fjernes ved hjelp av strøm av prosessfluid eller kan forbli i avlastningshulrommet på ubestemt tid. Selv om den eksemplifiserende utførelse viser avlastningshulrommet 56 posisjonert umiddelbart tilstøtende den primære tetning, vil det forstås at avlastningshulrommet 56 kan ha andre lokaliseringer, så lenge det er nær enten styreoverflatene eller de tettende over-flater. Videre, selv om avlastningshulrommet 56 er vist tildannet i ventilsetet 18, kan det i tillegg eller alternativt være anordnet i pluggen 30. Følgelig kan de samme eller lignende materialer brukes i ventilsetet 18 og pluggen 30, så som 316 rustfritt stål, 304L rustfritt stål, rustfritt stållegering 20 eller lignende.

Figurene 3 og 4 illustrerer en alternativ utførelse av tetningsenheten inkorporert i en ventil 110 som har trim av kurvtypen og balansert ventilplugg. Ventilen 110 inkluderer et ventilhus 112 som avgrenser et innløp 114 og et utløp

116, hvor ventilen regulerer fluidstrøm fra innløpet 114 til utløpet 116. Et ventilsete 118 er koplet til huset 112 og avgrenser en åpning 120 som strømningsløpet passerer gjennom. Igjen, selv om ventilsetet 118 er illustrert tilkoplet til ventilhuset 112 ved hjelp av et gjengeinngrep, kan andre kjente typer av koplinger brukes. Ventilsetet 118 inkluderer en tettende overflate 122.

En strupeelementenhet 126 og en kurv 160 er innsatt gjennom en øvre port 128 i ventilhuset 112 for å regulere fluidstrøm gjennom ventilsetets åpning 120. Kurven 160 inkluderer en flens 162 som er koplet til og hovedsakelig stenger av husets øvre port 128. En sylindrisk vegg 164 strekker seg nedover fra flensen 162 og har en nedre kant 166 som har en avstand fra ventilsetet 118 når de er sammenstilt, for derved å tillate fluidstrøm derimellom. Den sylindriske vegg 164 avgrenser videre en innvendig overflate 168. Kurven 160 inkluderer også et boss 170 som har en senterboring 172 tildannet deri. Senterboringen 172 er hovedsakelig konsentrisk med den innvendige overflate 168 og avgrenser et pakningskammer 150 og en hals 152.

Strupeelementenheten 126 inkluderer et strupeelement som er bevegelig inne i fluidstrømningsløpet. Strupeelementet, så som en plugg 130, er koplet til en spindel 132 som strekker seg fra en øvre overflate av pluggen 130 og gjennom ventilhusets øvre parti 128. En fri ende 142 av spindelen 132 er tilpasset til til-kopling til en aktuator (ikke vist) som tilveiebringer en bevegende kraft på strupeelementenheten 126. Et nedre parti av pluggen 130 inkluderer en sammenførings-overflate 134 som er utformet til å utfylle ventilsetets tettende overflate 122, slik at sammenføringsoverflaten 134 er i tettende inngrep med den tettende overflate 122 for å danne en primær tetning når pluggen 130 er i den stengte posisjon. Pluggen 130 inkluderer også en balanseport 133 som tillater fluid å strømme inn i et øvre kammer 135 som er avgrenset av kurven 160 og en øvre overflate av pluggen 130.

Pluggen 130 inkluderer en styrering 137 som avgrenser en utvendig overflate 136 som er dimensjonert til glidende inngrep med kurvens innvendige overflate 168. I denne utførelse er både styreringen 137 og kurvens innvendige overflate 168 sylindriske, for å tilveiebringe første og andre styreoverflater som er tilpasset til å lede pluggens sammenføringsoverflate 134 mot ventilsetets tettende overflate 122 når strupeelementenheten 126 beveges til den stengte posisjon.

Pluggen 130 inkluderer også en tetningsring 139 for å hindre fluidlekkasje gjennom et sekundært strømningsløp mellom kurven 160 og pluggen 130. Tetningsringen 139 er også generelt sylindrisk og avgrenser en annen sammen-føringsoverflate 141 som er dimensjonert til glidende inngrep med og tetning mot kurvens innvendige overflate 168. Tetningsringen 139 kan være dannet av et materiale som tilfredsstillende tetter mot metallkurvens materiale, samtidig som det tillater gliding langs kurvens innvendige overflate 168. Mulige materialer inkluderer en fluorpolymerharpiks, så som TEFLON® produktet som markedsføres av DuPont, et grafittmateriale eller nitrilgummi.

Et første avlastningshulrom 156 er dannet i pluggen 130 for å redusere faren for at frigjort materiale går inn i det sekundære tetningskontaktområde mellom tetningsringen 139 og kurvens innvendige overflate 168. Som det best er illustrert på figur 4 er avlastningshulrommet 156 dannet av et mellomliggende innskåret parti 158 i pluggen 130. Det mellomliggende innskårede parti 158 danner et generelt ringformet spor som har et volum som er tilstrekkelig til å motta materiale enten fra pluggen 130, kurven 160 eller andre ventilkomponenter som kan løsnes eller på annen måte overføres under operasjon av strupeelementenheten 126.1 den illustrerte utførelse er det første avlastningshulrom 156 posisjonert mellom styreringen og tetningsringen, de alternative lokaliseringer som er påpekt ovenfor med hensyn på utførelsene på figur 1 og 2 kan imidlertid også brukes.

For ytterligere å beskytte den tette kontakt mellom tetningsringen 139 og kurvens innvendige overflate 168, kan et annet avlastningshulrom 190 også være tilveiebrakt. Som illustrert på figurene 3 og 4 er det annet avlastningshulrom 190 dannet av et øvre parti 192 av pluggen 130 med en redusert diameter. Som med det første avlastningshulrom 156 danner det annet avlastningshulrom 190 et mellomrom mellom pluggen 130 og kurvens innvendige overflate 168 som kan motta materiale som er frigjort av avsliting, slitasje eller av andre årsaker.

En ytterligere utførelse av en tetningsenhet for bruk i en fluidreguleringsanordning er illustrert på figur 5, som viser et forstørret sideriss i tverrsnitt, av en tett kontakt mellom en pakningsenhet 210 og en spindel 211. Spindelen 211 er en del av en strupeelementenhet som inkluderer et strupeelement (ikke vist). Et deksel 212, som kan være koplet til et ventilhus (ikke vist), inkluderer en senterboring 214 som er dimensjonert til å motta ventilspindelen 211. Senterboringen 214 avgrenser et pakningskammer 218, en hals 220 og en mottaker 222. Pakningsenheten 210 kan være innsatt i pakningskammeret 218 for å tette mellom ventilspindelen 211 og den innvendige boring 214, for derved å hindre lekkasje av fluid derimellom.

Den illustrerte pakningsenhet 210 inkluderer en V-ring 230, en hann-adapter232, en hunnadapter 234, øvre og nedre antiekstruderingsringer 236 og en pakkboksring 238, andre kjente pakkbokskomponenter kan imidlertid brukes uten å avvike fra den foreliggende offentliggjøring. I operasjon trykkes pakningsenheten 210 sammen slik at den innvendige sammenføringsoverflate 240 av V-ringen 230 går i tettende inngrep med en utvendig tettende overflate 242 på spindelen 211. Materiale for V-ringen 230 er valgt slik at det tilveiebringer en god tetning mot spindelen samtidig som det tillater spindelen å gli.

En lagerring 246 er innsatt i mottakeren 222 for ytterligere styring av spindelen 211 under bevegelse. Som sådan inkluderer lagerringen 246 en innvendig overflate 248 som passer tett i en utvendig overflate på spindelen 211, og som likevel tillater spindelen å gli. Den innvendige overflate 248 og spindelens utvendige overflate tilveiebringer følgelig styreoverflater for å lede glidende bevegelse av strupeelementenheten.

Et avlastningshulrom 250 er tildannet tilstøtende den innvendige overflate 248 for mottak av løsnet materiale, hvilket reduserer faren for forringelse av pakningsenheten/spindeltetningen. Avlastningshulrommet 250 er dannet som et parti av den innvendige overflate 248 med utvidet diameter, hvilket danner et ringformet spor. Sporet avgrenser et mellomrom mellom lagerringens innvendige overflate 248 og spindelens utvendige overflate med et volum som er tilstrekkelig til å motta ventilmateriale som løsnes under drift. I denne utførelse er avlastningshulrommet 250 posisjonert umiddelbart tilstøtende styreoverflatene som er avgrenset av lagerringens innvendige overflate 242 og spindelens utvendige overflate, hvilke har en liten avstand fra den tette kontakt mellom pakningsenheten og spindelen.

Den foregående detaljerte beskrivelse har blitt gitt kun med henblikk på klarhet og forståelse, og ingen unødvendige begrensninger skal forstås derifra, ettersom modifikasjoner vil være åpenbare for de som har fagkunnskap innen teknikken.

Claims (5)

1. Fluidtrykksreguleringsanordning, omfattende: et hus (112) som avgrenser et innløp (114), et utløp (116) og et fluidstrømningsløp som strekker seg fra innløpet (114) til utløpet (116); en ventilspindel (132) en ventilplugg (130) forbundet med ventilspindelen (132) og plassert i fluidstrømningsløpet, idet ventilpluggen har en første sammenføringsoverflate (134); et ventilsete (118) som danner en første tettende overflate (122); idet ventilpluggen (130) er bevegelig mellom en lukket posisjon hvori den første sammenføringsoverflate (134) går i inngrep med og tetter mot den første tettingsoverflaten (122) til ventilsetet (118), og en åpen posisjon hvori den første sammenføringsoverflate (134) til ventilpluggen (130) er forflyttet vekk fra den første tettende overflate til ventilsetet (118), karakterisert vedat: ventilspindelen (132) er arrangert for sleidene bevegelse i forhold til huset (112); idet ventilpluggen ytterligere omfatter en tetningsring (139) og en styrering (137), idet tetningsringen (139) har en utvendig overflate som danner en andre sammenføringsoverflate (141), idet styreringen (137) haren utvendig overflate (136) som danner en styreflate, idet tetningsringen (139) og styreringen (137) er i en avstand fra hverandre skilt av et mellomliggende innskåret parti (158) med redusert diameter; en ventilkurv (160) er montert inne i huset (112) og har en innvendig overflate (168) som definerer en andre tettende overflate og en føringsflate, idet det mellomliggende innskårede partiet (158) samvirker med den innvendige overflaten (168) til ventilkurven (160) for å danne et lukket avlastingshulrom (156), og; styreflaten til styreringens (137) pluggenhet er dimensjonert til glidende inngrep med ventilkurvens (160) innvendige overflate.

2. Fluidtrykksreguleringsanordning som angitt i krav 1, hvor avlastningshulrommet (156) er utformet som et spor og har et volum som er tilstrekkelig til å motta materiale som er fjernet fra en overflate av i det minste én av ventilpluggenheten (130) og ventilkurven (160).

3. Fluidtrykksreguleringsanordning som angitt i krav 1 eller krav 2, videre omfattende et annet avlastningshulrom (190) som er dannet av et annet innskåret parti av pluggen (130) dannet av et øvre parti (192) av pluggen (130), idet det øvre partiet (192) av pluggen (130) har redusert diameter.

4. Fluidtrykksreguleringsanordning som angitt i krav 1 eller krav 3, hvori et nedre parti av ventilpluggen (30) definerer en føringsoverflate (36) plassert under den den første sammenføringsoverflaten og ventilsetet (22) definerer en andre føringsoverflate (24), idet føringsoverflaten (36) til ventilpluggen samvirker med den andre føringsoverflaten (34) båret av ventilsetet (22), og videre inkluderer et avlastingshulrom (56) plassert mellom den andre føringsoverflaten (36) til ventilpluggen (30) og den andre føringsoverflaten (34) båret av ventilsetet.

5. Fluidtrykksreguleringsanordning som angitt i krav 4, hvor avlastningshulrommet (56) er utformet som et spor i ventilsetet (22).