SE432990B - Metallmembrananordning samt forfarande for framstellning av detsamma - Google Patents

Description

771478lv1 2 heten i _detta. Det periferiella kantpartiet av membranet mellan de motsatta ytorna bildar en potentiell läckväg mellan membranets flui- dumsida och den motsatta sidan. Om membranet har diametralt kontinu- erlig kurvatur, kommer motsatta anliggningsytor att bilda ett ringfor- migt spänningsområde omgivande membranets inre flexparti, vilket områ- de är känsligt för brott efter upprepad flexning av membranet. Tidi- gare kända ventiler har även utnyttjat en sfärisk form på kolven som kontaktar membranet, vilket ger ett cirkulärt utböjningsmönster hos membranet. Även om ett cirkulärt utböjningsmönster är tillfredsstäl- lande i många fall, deformerar den sfäriska kolvytan membranets hela centrala omrâde jämnt och åstadkommer 'radiellt tilltagande, koncent- riska ringformiga spänningsonmâden, där spänningsframkallade spri.ckor i membranytan kan fortplanta sig i en cirkulär bana kring membranet.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en rnetalhrenbrananord- ning medelst vilken ovannämnda nackdelar undanröjes.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att vart och ett av :netallelerzenten har en ringformig fläns omgivande ett dornforxnigt inre parti, varvid elementen är lagda ovanpå varandra med den konvexa ytan hos varje metallelement upptagen i och konplerrentär till den konkava ytan på varje efterföljande element och de ringfonni- ga flänsarna är svetsade vid varandra för att bilda en stel periferiell kant hos den sammansatta konsmiktionen under-:nedgivarxde av oberoende böjning hos de dornfor- made innerpartierrma under anbringad last.

Ett förfarande för framställning av Inetallmezrioranordningen utnärkes av att ett flertal rnetallskivor lägges ovanpå varandra för att bilda en stapel, att de ringformiga kantpartierna på stapelns motsatta ytterytor fastsättes mellan ett par motsatta ringformiga spännorgan, att en kraft anbringas mot den ena av ytter- ytorna, som är omgiven av ett av spännorganen för att konkavt deformera nämnda yta och i tur och ordning deformera varje efterföljande Inetallskiva i stapeln tills ytorna har fått den önskade krökningen, att de ringforrniga spännorganen avlägsnas och» att de ringforrniga kantpartierna av den på detta sätt bildade .stapeln svetsas vid varandra för att bilda ett periferiellt stelt sammansatt nembran, som medger oberoende böjning i tur och ordning av de krökta inre partierna hos varje rnenbran- elenent. ' Uppfinningen beskrivs närmare under hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig 1 visar ett längdsnitt genon en metallmembranventil enligt uppfinningen, fig 2 en vy motsvarande fig 1 med ventilen visad i stängt läge, fig 3 en förstorad perspektiv- vy delvis snittad,visande detaljer av membranet och tillhörande ventil- jpåverkande organ i fig 1, fig 4' en förstorad perspektivvy av membran- 7714784-1 .._ z . kolven i fig 1, fig 5 en planvy utefter linjen 5-5 i fig 4, fig 6 ett tvärsnitt utefter linjen 6-6 i fig 5 och fig 7 ett tvärsnitt utefter linjen 7-? i fig 5.

Den i fig 1 och 2 visade metallmembranventilen har ett ventilhus 10 med en inloppspassage 11 och en utloppspassage 12, vilka vid sina inre ändar kommunicerar med en i huvudsak cylindrisk reglerkammare 15 vid den nedre änden av en hålighet 14 i huset. Hushàligheten 14, reg- lerkammaren 15 och en förlängning 16 av inloppspassagen 11 är bildade genom ett antal efterföljande borrningsoperationer i ventilhuset 10.

Förlängningen 16 bildar en cirkulär sätesport vid inloppspassagens 11 inlopp i reglerkammaren 15. Ett inlagt härdat ventilsäte 18, före- trädesvis i form av en stympad kon, är anordnad kring porten 16. En utàtlutande konisk yta 19 omger ventilsätet 18.

Ett skivformigt förslutningselement 20 med en i ett stycke med det samma utformade ventilspindel 21 är anordnad för axiell rörelse mot och bort från ventilsätet 1 reglerkammaren 15. Skivans 20 mot ventilsätet 18 vända yta är försedd med en ringformig sätesyta 22 och en konisk yta 24 mitt emot den koniska ytan 19. Den ringformiga sätes- ytan 22 är företrädesvis utformad av i den skivformiga ytan inlagd här- dad metall och är anordnad att tätande anligga mot ventilsätet 18, när skivan är förflyttad till det i fig 2 visade stängda läget. Spin- deln 21 är glidbart upptagen i en öppning 25 i en i huvudsak cylind- risk reglerpatron 26 med en radiell fläns 28, som vilar på en skuldra 29 i ventilhusets hålighet 14. Inuti patronen 26 uppvisar spindeln 25 en pàkrängd krage 30. En fjäder 31 har sina motsatta ändar vilande mot kragen 30 och den inre ytan av patronen 26 kring öppningen 25 och utövar en kraft på skivan 20 i öppningsriktningen för att öppna venti- len och medge fluidumströmning i den med pilarna angivna riktningen i fig 1.

Den yttre änden av håligheten 14 är invändigt gängad vid 32 för att upptaga det utvändigt gängade partiet 35 på en ventilhuv 34 med en ste- gad genomgående borrning 36. Borrningen 36 mynnar i ett ihåligt cylind- riskt inre parti 38 av huven 34, vilket slutar vid sin nedre ände genom en ringformig yta 39. Ett periferiellt kontinuerligt spår 40 på huven intill den ringformiga ytan 39 bildar en radiellt riktad läpp 41. Ett domformat metallmembran 42 är anordnat tvärs över huvens 34 ihåliga parti 38 och är fixerat mellan den ringformiga ytan 39 och en motsatt ringformig yta 49 pà en metallring 50 på ett sätt, som skall beskrivas närmare längre fram. 7714784-1 4 f En skålformig membrankolv 52 med en membrankontaktande yta 54 med i huvudsak konvex form är anordnad för axiell rörelse inuti det ihåliga partiet 58. En krage 66 vid den nedre änden av en ventilinställnings~ spindel 65 är glidbart upptagen inuti en cylindrisk borrning 56 i kol¿ ven 52 för att åstadkomma axiell rörelse av kolven vid kragens 66 in- grepp med anliggningsytan 58.

En bygelanordning 68 och handratt 69 bildar organ för att åstad- komma axiell rörelse av spindeln 65 för att öppna eller stänga venti- len. Bygelanordningen innefattar ett ihåligt oylindriskt bygelelement 70, vilket är invändigt gängat vid 71 för ingrepp med och stödjande av ett utvändigt gängat uppåtriktat parti 72 på ventilhuven 54. Invändigt är bygelorganet 70 försett med ett par motsatt anordnade skuldror 74 och 75. Ett par diametralt motsatta öppningar 76, av vilka endast en visas, är anordnade genom bygelorganets 70 sidovägg. Den övre kanten av öppningen 76 är försedd med en axiellt riktad slits 78.

Bygelorganet 70 upptar ett roterbart anordnat drivorgan 79 för _ spindeln, som har en periferiell fläns 80, vilken är anordnad för ro- tationsrörelse mellan ett smörjt lager 81 och en tryckbricka 82 med låg friktion på skuldran 74. Drivorganet 79 och lagret 81 är fixerade mot axiell rörelse av en bygelbussning 84, som står i gängingrepp vid 85 med bygelorganet 70. Drivorganet 79 är med hjälp av lämpliga organ exempelvis den avsmalnande ytan 86 och en låsmutter 88 fixerad vid rat- ten 69. En gängad borrning 89 i drivorganet 79 ingriper med det gänga- de övre partiet 67 på spindeln 65 för att åstadkomma axiell rörelse av spindeln vid rotation av ratten 69 och drivorganet 79. En.krage 90 med en radiellt riktad arm 91 ingriper med spindeln 65 vid 92. Den radiellt riktade armen 91 är glidbart upptagen i en axiellt riktad slits 78 för att förhindra rocaciøn av spindeln 65. _ En konventionell packning 95 är anordnad i den genomgående borr- ningen på huven 54 för att förhindra fluidumläokage kring spindeln 65 om membranet skulle gå sönder. Packningen 95 är pressad mellan en packningsring 94 på skuldran 57 och en paokbox 95. En tryckring 96 är fixerad i läge mellan skuldran 75 Då bygelorganet 70 och den övre ytan av ventilhuven 54. Ringen 96 är försedd med på lämpligt avstånd_ från varandra anordnade öppningar, företrädesvis 4 jämt fördelade_öpp- ningar, vilka upptar ett motsvarande antal skruvar 98 med sexkant- skallar eller liknande gängade organ för att anbringa tryck mot pack- boxen 95. De diametralt motsatta öppningarna 76 medger tillträde till bygelorganets 70 inre för inställning av skruvarna 98.

Poolia" “ j uuALfiv 7714784-1 F Efter att ventilhuven 34 är gängad på ventilhuset för att hålla flänsen 28 på reglerpatronen 26 på hushålighetens skuldra 29 svetsas en periferiell svets 43 mellan huvens 34 yttre yta och en fläns 13 kring håligheten 14 för att täta mot fluidumläckage mellan huven och håligheten.

Det flerlagrade membranet 42 och kolvens 52 membrankontaktande yta kommer nu att beskrivas under hänvisning till fig 3-7, där dessa komponenter visas mer detaljerat.

Membrankonstruktionen 42 består av ett antal tunna metallelement 47, vilka är lagda ovanpå varandra. Varje element 47 är format till ett sfäriskt krökt, domformat inre parti, som avgränsas av en plan ringformad fläns. Den sammansatta konstruktionen bildar ett membran 42 med ett domformat inre parti 44, som är periferiellt omgivet, sä~ somhisas med streckad linje 45, av en plan periferiell kant 46. Kant- partiet 46 radiellt utanför det aktiva domformiga inre partiet 44 är fixerat mellan de motsatta ringformiga ytorna 39 och 49 på ventilhu~ ven 34 och ringen 50 medelst en periferiell svets, kryssmarkerad och betecknad med 48. Svetsen 48 är anordnad för att smälta det plana ring- formiga partiet på varje element, innefattande det periferiella kant- partiet 46 på membranet 42, tillsammans och till de radiella läpparna 41 och 51 på ventilhuven 54 och ringen 50. Smältsvetsen 43 åstadkommer en styv periferiell kant 46 på membrankonstruktionen 42 och täta; nuvene 34 inre parti 38 från fluidum i håligheten 14. Smältsvetsen 48 är an; ordnad radiellt utanför membranets domformade parti och medger därige- nom individuell böjning hos de domformade inre partierna hos varje membranelement 47 utan hinder av den på avstånd belägna periferiella kanten 46.

Membranelementen 47 i varje membrankonstruktion 42 är formade samtidigt i samma ordningsföljd som de användes för att säkerställa att den konvext krökta ytan och den ringformiga flänsen på varje element skall vara komplimentär mot den motsatta konkava ytan och ringformiga flänsen på varje efterföljande element. Detta åstadkommas genom att lägga ett antal tunna metallskivor ovanpå varandra för att bilda en stapel. Den ringformiga kanten på stapeln säkras därefter mellan ett par motsatta ringformiga spännorgan I ett tryokkärl och en kraft àstadkommen av hydraulfluidet i tryckkärlet anbringas mot ena sidan av stapeln. Detta ger en jämn kraft för att konkavt deformera metallskivorna på tryoksidan av stapeln och i följd deformera varje metallskiva i stapeln tills den önskade krökningen uppnåtts på den mot- satta sidan av stapeln. Denna kan avkännas av en gränsbrytare eller 7714784-1 6 annan kontrollanordning på något förutbestämt avstånd för kontakt med den konvext krökta ytan på stapeln. Under formningen håller spännorga- nen det ringformiga kantpartiet på varje metallskiva plant medan den konkava ytan på varje skiva formas komplimentär till den motsatta ytan på en föregående skiva. Denna formningsmetod åstadkommer en svag öpp- ning av krökningsradien hos det domformade inre partiet av varje efter- följande skiva och säkerställer att varje efterföljande par mot varandra vända skivytor i stapeln matchar varandra över hela deras ytområde.

När formningsoperationen är avslutad, avlägsnas stapeln från tryck- kärlet och härdas, om skivorna är framställda av härdbar metall. De plana cirkulära kantpartierna fixeras sedan vid varandra för att bilda ett periferiellt fixerat sammansatt membran, som medger individuell flex- ning hos de krökta inre partierna av varje efterföljande element. De plana ringformiga kantpartierna kan fixeras vid varandra genom smält- svetsning såsom tidigare nämnts eller genom andra lämpliga medel. In- nan kantpartierna fästes samman anordnas en tunn film av smörjmedel mellan de mot varandra vända ytorna av det domformiga inre partiet av skivorna-för att underlätta relativ rörelse mellan dessa.

Antalet metallskivor och materialet i dessa beror av för vilken typ av användning ventilen är avsedd. Tillfredsställande resultat har uppnåtts vid en ventil med en pcrtdiameter av ca 50 mm vid reglering av vatten vid ca 55000 och ett ledningstryck av ca 175 kp/omg med en_ membrankonstruktion, bestående av 15 element av ca 0,1 mm tjocka ski- vor av en åldringshärdbar nickelkromjärnlegering, marknadsförd under varumärket Inconel Alloy nr 718. Membrankonstruktionens aktiva dia- meter, dvs diametern hos det domformade partiet 44, som betecknas med den streckade linjen 45 i fig 5, var ca 7,5 cm. _ Den skålformiga membrankolven 52 är utformad med en inre cylind- risk borrning 56, som slutar i en lagringsyta 58. Borrningen 56 är avsedd att glidbart uppta kragen 66 på spindeln och lagringsytan 58 är företrädesvis försedd med ett härdat metallinlägg för att förhindra slitage och deformation efter upprepad kontakt med den motsatta ytan på spindelkragen 66. Kolven 52 är även försedd med en membrankontaktan- de yta 54 med i huvudsak konvex form vilken möter den cylindriska sido- väggen 55 vid en kant 59, såsom visas i fig 4.

Den konvexa membrankontaktande ytan 54 på kolven 52 är utförd med flera områden med olika krökning. Den membrankontaktande ytan är ut- formad med ett sfäriskt krökt område med i huvudsak korsform 60. Den sfäriskt krökta korsformiga ytan 60 är symmetrisk med avseende på kolï vens 52 axel och korsets ben 61 sträcker sig utåt till den periferiel- la kanten 59 på den membrankontaktande ytan 54, se fig 4 och 7. Fyra 77147844 7 dikformigt anordnade plana ytor 62 är anordnade utmed den periferiella kanten 59 mellan korsets ben 61, se fig 4, 5 och 6. De plana ytorna 62 är anordnade med en lutningsvinkel, som är större än den krökta ytans 60 lutning, exempelvis med en vinkel av ca 78 till 820 mot kol- vens 52 axel, när den sfäriska ytan har en radie av ca 11 cm. Den sfäriskt krökta ytans 60 radie är företrädesvis ungefär densamma eller något större än radien hos det motsatta sfäriskt krökta domformade in- re partiet 44 på membranet 42. Kolvens 52 periferiella vägg 5 har en diameter, som företrädesvis är mindre än membranets 42 aktiva diameter 45. Membrankolvar med diametrar på ungefär 2/5 delar av membranets aktiva diameter har visat sig fullt tillfredställande.

Kolvens 52 membrankontaktande yta 54 är även försedd med ett plant centrumparti 64 med ungefär samma eller något mindre diameter än skivspindeln 21 på motsatta sidan om membrankonstruktionen 42. lDen sfäriskt krökta korsformiga ytan 60 ger ett korsformigt pri- märt membranutböjningsmönster, när kolven förflyttas av inställninge- spindeln för att föra förslutningselementet 20 till stängt läge under förmedling av membranet 42 och skivspindeln 21. De plana områdena 62 bildar avlastningsområden för partier av membranet mellan benen 61 på det korsformiga primära utböjningsmönstret 60. De plana områdena 62 deformerar membranet i mindre utsträckning än de sfäriskt krökta_ benen 61 och avlastar därigenom i viss utsträckning den totala spän- ningen i membranet under deformationen och eliminerar skapandet av koncentriska ringformiga spänningsomràden, där spänningsframkallad sprickning i membranytan fortplantar sig i en cirkulär bana kring membranet.

När det skivformiga förslutningselementet au vilar på ventllsätet 18 för att stänga ventilen, såsom visas i fig 2, utgör det plana cir~ kulära centrumområdet 64 på den membrankontaktande ytan 54 ett till- räckligt område för att överföra den nödvändiga kraften för att hålla förslutningselementet 20 i stängt.läge mot fluidumtrycket i inloppsa passagen 11 utan att framkalla för höga lokala pàkänningar 1 membra- net 42 mellan membranytan 54 och spindeln 21.

Ventilens funktion kommer nu att beskrivas under hänvisning till fig 1 och 2. I fig 1 visas en ventil med en sätesportdiameter av ca 5 cm i öppet läge med skivan på avstånd från ventilsätet 18. I detta läge pressar fjädern 31 och fluidumtrycket i passagen 11 ventilspindeln 21 och skivan 20 mot öppet läge, varvid ytterligare axiell rörelse för~ hindras genom spindelns 21 kontakt med membranets 42 undre yta. Den motsatta domformade sidan av membranet 42 kontaktar ytan 54 på kolven 52, 7714784-1 8 fsom antingen kan ligga på avstånd från eller vila mot huven 34 för att förhindra ytterligare uppåtriktad rörelse av membranet 42 och skivspindeln 21. I För stängning av ventilen vrides ratten 69 för att överföra axiell rörelse till den ventilreglerande spindeln 65 och kragen 66.

I den på ritningarna visade ventilen blir detta en nedätriktad rö- relse för att deformera membranet 42 och förflytta spindeln 21 och skivan 20 ungefär 8 mm för att stänga ventilen, såsom visas i fig 2.

I det stängda läget ingriper den ringformiga sätesytan 22 på skivan tätande med ventilsätet 18 för att förhindra fluidumström genom ven- tilen. När man önskar öppna ventilen, roteras ratten 69 i motsatt riktning för att lyfta spindeln 65 och kragen 66 till det i fig 1 visade läget. Förslutningselementet 20 förflyttas då till öppet läge under inverkan av kraften från fjädern 51 och trycket i inlopps- passagen 11. f Såsom tidigare beskrivits är spindeln 65 försedd med en krage 90 med en radiellt riktad arm 91, som är glidbart upptagen i en axi- ell slits 78 i bygelorganet 70, vilket förhindrar rotation av spin- deln 65. Även om rotation av spindeln kan tillåtas i en del appli- kationer, åstadkommes bättre resultat genom användning av den be- skrivna icke roterande spindeln 65, som förhindrar överförande av torsionspåkänningar på membranet 42.

I endera läget, antingen ventilen är öppen eller stängd, är ventilanordningen tätad mot fluidumläckage från hushäligheten mot atmosfären genom membrankonstruktionen och den periferiella svetsen, som fixerar membranet vid huven, vilka tillsammans bildar en metall- barriär, som avtätar det ihåliga partiet av venoilhuven, och av den periferiella svetsen mellan ventilhuven och ventilhuset för tätning mot läckage mellan dessa komponenter. , Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den visade utföï ringsformen utan kan varieras inom ramen för efterföljande patent- krav.

Claims (4)

77114784-1 Patentkrav

1. Metallmembrananordning, innefattande ett flertal tunna cirku- lära metallelement, k ä n n e t e c k n a d av att vart och ett av metallelementen (47) har en ringformig flähs omgivande ett domformigt inre parti, varvid elementen är lagda ovanpå varandra med den konvexa ytan hos varje metallelement upptagen i och komplementär till den konkava ytan på varje efterföljande element och de ringformiga flänsarna är svetsade vid varandra för att bilda en stel periferiell kant (46) hos den sammansatta konstruktionen under medgivande av oberoende böjning hos de domformade innerpartierna under anbringad last.

2. Förfarande för framställning av ett flerlagrat domformat mem- bran enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att ett fler- tal metallskivor (47) lägges ovanpå varandra för att bilda en stapel, att de ringformiga kantpartierna på stapelns motsatta ytterytor fastsättes mellan ett par motsatta ringformiga spänn- organ, att en kraft anbringas mot den ena av ytterytorna, som är omgiven av ett av spännorganen för att konkavt deformera nämnda yta och i tur och ordning deformera varje efterföljande metallskiva i stapeln tills ytorna har fått den önskade krök- ningen, att de ringformiga spännorganen avlägsnas och att de ringformiga kantpartierna (46) av den på detta sätt bildade stapeln svetsas vid varandra för att bilda ett periferiellt stelt sammansatt membran, som medger oberoende böjning i tur och ordning av de krökta inre partierna hos varje membran- element.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att stapeln fästes mellan ett par motsatta spännanordningar i ett tryckkärl och att metallskivorna deformeras genom fluidumtrycket i tryckkärlet.

4. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att en tunn smörjande film införes mellan metallskivornas mot varandra vända ytor i stapeln för att underlätta relativ rörelse mellan dessa ytor.