NO321011B1 - Differensialventil for fleksibelt ror under vann - Google Patents

Description

DIFFERENSIALVENTIL FOR FLEKSIBELT RØR UNDER VANN

Den herværende oppfinnelse vedrører en differensialventil for et fleksibelt rør under vann, og nærmere bestemt vedrører den en ventil med to klaffelementer som er i stand til å slippe ut gass som for eksempel befinner seg i en trykksatt væske som strømmer gjennom det fleksible rør.

Gjennom fleksible rør som særlig benyttes i oljeboring til havs, strømmer det ofte et trykksatt fluid som kan inneholde gass som må slippes ut til omgivelsene omkring. Denne gass sprer seg vanligvis til et ringrom i det fleksible rør. For å slippe ut gassen er det vanlig å montere en tømmeventil i det minste i én av endene, hvor den ene side av nevnte ventil kommuniserer i det minste med ringrommet, mens den andre side kommuniserer med omgivelsene omkring, hvilke kan være atmos-færen når ventilen er montert i den ende av røret som befinner seg over vannflaten, eller sjøvann når nevnte ventil er montert nær den neddykkede ende av det fleksible rør.

Slike ventiler er ment å åpne seg så snart det innvendige trykk som råder i ringrommet overstiger trykket som finnes på utsiden av nevnte fleksible rør med en viss verdi, idet det er mulig for denne trykkdifferanse å variere mellom 1 og 4 bar for eksempel.

Blant de ventiler som benyttes i fleksible rør under vann, kan nevnes ventiler som omfatter et todelt ventillegeme i hvis bunn to kanaler åpner seg, et klaffelement presset mot stengt posisjon av en forspent fjær, en relativt bred og tykk pakning som er koplet til den nedre ende av klaffelementet, og en fleksibel membran i form av en ring, hvis utvendige omkrets er klemt mellom de to deler av ventillegemet, og hvis innvendige omkrets er klemt mellom de to deler som utgjør klaffelementets legeme. To kamre, et øvre og et nedre, formes således i ventillegemet hvor nevnte kamre er isolert fra hverandre ved den fleksible og deformerbare membran. Det øvre ventilkammer blir hele tiden fylt av omgivelsene omkring, luft eller vann, hvilke kan være fylt med urenheter i suspensjon.

Når urenhetene ikke er korrosive eller slipende, slites ikke bestanddelene i noen stor utstrekning og skjærer seg ikke altfor snart. Når disse urenheter derimot består av sand, noe som særlig er tilfelle når ventilen er nær havbunnen eller strandlinjen, oppstår for tidlige slitasje av de nevnte bestanddeler, og noen av disse kan til og med skjære seg, og dette fører noen ganger til at ventilen slutter å fungere.

En annen ulempe ved denne ventiltype ligger i at det er nød-vendig med innbyrdes tilpasning av de elementer som skal sam-virke med hverandre. Dette fordi hver av bestanddelene er fremstilt med en viss toleranse. Når to elementer er tilpas-set innbyrdes, er det essensielt at de tilpasses med samme produksjonstoleranse. En slik tilpasning er dyr fordi den nødvendigvis betyr at det finnes elementer som ikke blir brukt.

Formålet med den herværende oppfinnelse er å overvinne de fo-rannevnte ulemper ved å foreslå en differensialventil som er pålitelig uten fare for skade på bestanddelene som følge av inntrengning av korrosive og/eller slipende partikler, og som ikke krever at bestanddelene må tilpasses innbyrdes.

US patent 2.420.370 omhandler en trykkstyrt ventil som er særlig egnet til å arbeide under betingelser hvor det normale arbeidstrykk er svært det trykk hvor ventilen skal åpne fullt.

En gjenstand ifølge den herværende oppfinnelse er en differensialventil av den type som omfatter: et ventillegeme omfattende en øvre del som står i forbindelse med utsiden via i det minste én øvre forbindelsespassasje, og en nedre del som står i forbindelse med i det minste ett ringrom i det fleksible rør via i det minste én forbindelseskanal; et innvendig kammer utformet i ventillegemet og hvor det råder et trykk Pe; et hovedklaffelement som er montert i nevnte innvendige kammer, og som er i stand til å innta en lukket stilling og en åpen stilling, hvor nevnte hovedklaffelement blir presset mot den lukkede stilling av en fjær som er forspent med en forhåndsbestemt forspenning; og som er karakterisert ved at den videre omfatter et sekundært klaffelement som er innrettet på linje med og har samme symmetri-akse som hovedklaffelementet, hvor nevnte sekundære klaffelement er montert i den øvre forbindelsespassasje og er i stand til å innta en lukket stilling og en åpen stilling, hvor nevnte sekundære klaffelement blir presset mot den lukkede stilling av en liten, forspent fjær, slik at trykket i det innvendige kammer, Pc, ikke ér under det utvendige trykk Pe når nevnte sekundære klaffelement er i lukket stilling.

En fordel med den herværende oppfinnelse ligger i at når det sekundære klaffelement stenges, etter å ha blitt åpnet som et resultat av at hovedklaffelementet åpnes, er trykket Pe som råder i det innvendige kammer, høyere enn det utvendige trykk Pe som råder i omgivelsene omkring. Denne positive trykkdifferanse Pc-Pe hindrer enhver inntrengning av faste partikler i nevnte innvendige kammer. Selv når dette sekundære klaffelement er lukket, finnes det gassbobler under det sekundære klaffelements hode, og dette skaper en barriere mot nevnte faste partikler i suspensjon i omgivelsene omkring. Nærværet av gassbobler er også virksomt når trykket Pc er likt trykket Pe På grunn av klaffelementets metall-mot-metall-kontakt på dettes sete er tetningen mellom omgivelsene omkring og det innvendige kammer i differensialventilen ikke er en perfekt tetning. Avsettingen av flak på ventilens bestanddeler, slik som hovedklaffelement, fjærene osv. minimeres sterkt.

Differensialventilen med to klaffelementer som avbildet på figuren, omfatter et ventillegeme 1 som har skrugjenger 2, slik at det kan skrus inn på et motsvarende element på et fleksibelt rør, som ikke er avbildet. I ventillegemet 1 er det utformet et innvendig kammer 3 som kan bestå av to kamre, et øvre kammer 4 og et nedre kammer 5, som kan ha ulike innvendige dimensjoner, men som står i permanent forbindelse med hverandre.

I ventillegemets 1 bunn 6 er det utformet en forbindelseskanal 7 som forbinder det nedre kammer 5 med innsiden av det fleksible rør, eller nærmere bestemt med ringrommet i det fleksible rør, til hvilket ringrom den gass som skal slippes ut, diffunderer til, idet nevnte gass er ved et visst trykk som betegnes som det innvendige trykk P. og kommer av trykket det fluid som strømmer gjennom det fleksible rør. På en an-leggsflate 8 på bunnen 6 er det utformet et konisk sete 9.

Et hovedklaffelement 10 er montert i ventillegemet 1 og omfatter en øvre del 11, hvis utvendige diameter er grovt sett lik den innvendige diameter i det øvre kammer 4, men med nok toleranse til å tillate klaffelementet å bevege seg inne i nevnte kammer 4. Den nedre del 12 av hovedklaffelementet 10 omfatter en sylindrisk del 13 med liten diameter, avgrenset av en ringformet kant 14 og et ringformet spor 15 utformet ved den nedre ende 16. En deflektor 17 er fast montert på den sylindriske del 13 og omfatter et skjørt 18 som omgir delen 8 av bunnen 6. En O-ring-tetning 19 rommes av det ringformede spor 15, og når hovedklaffelementet 10 er i stengt stilling, hviler den på det koniske sete 9. Når deflektoren 17 hviler på delen 8, hvis diameter overskrider den sylindriske del av forbindelseskanalen 7, følger det at O-ring-tetningen 19 ikke trykkes sammen ut over en viss utstrekning hvor den tilveiebringer en perfekt tetning mellom det innvendige kammer 3 og ringrommet i det fleksible rør, hvilket ringrom gassen diffunderer inn i uavhengig av forskjellen Pc-Pi. For tidlig slitasje på O-ring-tetningen 19, hvilket ville kunne oppstå etter et stort antall faser med åpning og stenging av hovedklaffelementet 10, unngås således. En slik utforming av en O-ring-tetning 19 og et konisk sete 9 tillater den nedre ende 16 og det koniske sete å bli fremstilt med ulike produk-sjonstoleranser fordi det alltid vil være tettende kontakt mellom O-ring-tetning 19 og det koniske sete 9, hvorved det således oppnås at bestanddelene ikke behøver innbyrdes tilpasning. Det er innlysende at det i stedet for O-ring-tetningen ville være mulig å bruke en flat tetning som opp-fyller den samme tettende funksjon, forutsatt at et motsvarende sete ble utformet på anleggsflaten 8 på bunnen 6 av ventillegemet 1. Fortrinnsvis er det i den øvre del 11 av klaffelementet 10 utformet fire passasjer 20 anordnet med 90° innbyrdes avstand, av hvilke to er avbildet på figuren. En hovedfjær 40 er forspent med en forspenning i størrelsesorden 0,9 da.N i utførelsen avbildet på enkeltfiguren. Hovedfjæren 40 rommes i den øvre del 4 av kammeret 3, idet den med sin ene ende ligger an på et legeme 21 og med den andre enden på en skulder 22 på et deksel 23. Fjærens 40 forspenning og ho-vedklaf f elementets 10 tverrsnittsareal er bestemt slik at nevnte klaffelement 10 vil stenge for en forskjell Pe-Pl lik 3 bar ±0,5 bar.

Dekslet 23 som er skrudd inn i den øvre del 24 av ventillegemet 1, omfatter i det minste én sentral forbindelsespassasje 25 som forbinder innsiden av det innvendige kammer 3 med omgivelsene utenfor. Andre forbindelsespassasjer 26, for eksempel tre av disse anordnet med 120° mellomrom kan også være tilveiebrakt i dekslet 23.

Et sekundært klaffelement 27 er montert på linje med hoved-klaf f elementet 10 på nevnte klaffelementers 10 og 27 symme-triakse 50. Det sekundære klaffelement omfatter et sylinder-konisk hode 28 og et nedre parti 29 som er forbundet med et sentralt skaft 30 av mindre diameter, og er montert i den sentrale forbindelsespassasje 25. Den koniske del 31 av hodet 28 ligger i den lukkede stilling an på et konisk sekundært sete 32, hvis skråning er omtrent 45°. Det foretrekkes at lengden på den koniske del 31 er svært mye større enn lengden på det koniske sete 32, slik at det bl.a. ved stenging vil være en viss kontakt mellom klaffelementhodet 28 og det koniske sete 32. Et fast anslagsstykke 33 er fastgjort med en stift 34 til det nedre parti 29. En mindre sekundær fjær 35 presser det sekundære klaffelement 27 mot stengt stilling og ligger med sin ene ende an mot det fastgjorte anslagsstykke 33 og med sin andre ende mot en innvendig skulder 36 utformet i dekslet 23. Den lille sekundære fjær 35 rommes i hovedfjæren 40, fortrinnsvis konsentrisk. Forspenningen på den sekundære fjær 27 er i størrelsesorden 0,3 da.N. Selvsagt er det mulig å fremstille hodet 28 på det sekundære klaffelement i form av et flatt hode med et flatt sete, men på en slik måte at det ikke oppnås en perfekt tetning, for derved å tillate gassbobler å passere ved økt trykk sammenlignet med trykket i omgivelsene omkring. Det sekundære klaffelement 27 åpnes og stenges på grunnlag av forskjellen mellom trykket Pc som råder i kammeret 26, og det utvendige trykk Pa.

Virkemåten for ventilen ifølge oppfinnelsen er som følger:

Så snart den forhåndsbestemte forskjell A' P1 mellom trykkene Pt og Pc er lik eller større enn, for eksempel, 3 bar ±0,5 bar, åpner hovedklaffelementet 10. Så snart hovedklaffelementet 10 åpner, åpnes det sekundære klaffelement 27 på grunn av øk-ningen i trykket som råder i kammeret 3, forspenningen på 0,3 da.N og fjærens 35 stivhet som ikke er tilstrekkelig til å hindre nevnte åpning av det sekundære klaffelement 27. Gassen som strømmer inn i kammeret 3 etter åpning av hovedklaffelementet 10, unnslipper til omgivelsene omkring gjennom forbin-delsespassasjene 25 og 26.

Så snart trykket Pc faller til en forhåndsbestemt verdi, for eksempel 300,2 bar for et utvendig trykk Ps lik 300 bar, luk-kes det sekundære klaffelement 27 igjen, idet den sekundære fjær 35 returnerer den mot stengt posisjon. Når det sekundære klaffelement 27 ikke tetter mot sitt sete, dannes det gassbobler mellom det sekundære klaffelement 27 og setet 32, slik at nevnte bobler utgjør en barriere mot inntrengning av vann eller faste partikler i kammeret 3. Det er således mulig ikke bare å unngå enhver avsetning av flak, men også å unngå skade på bestanddelene som et resultat av virkningen av de faste partikler og/eller vannet.

Hovedklaffelementet 10 holder seg åpent selv etter at det sekundære klaffelement 27 er stengt, så lenge trykkforskjellen APa mellom det innvendige trykk Pt og trykket Pc i kammeret overskrider forspenningen og stivheten i hovedfjæren 40. Så snart forskjellen & P1 faller til en viss verdi som er bestemt av de involverte forspenninger og tverrsnittsareal, stenger hovedklaffelementet 10 igjen, hvorved det tilveiebringer en tilstrekkelig tetning i kraft av O-ring-tetningen.

I det avbildede eksempel er følgende verdier valgt for en gitt geometri for bestanddelene i differensialventilen ifølge oppfinnelsen:

- forspenning i hovedfjæren T1: 0,9 da.N

- forspenning i sekundærfjæren T2: 0,3 da.N,

- stivhet i hovedf jæren Rx: 4 mm vandring for en Af (differanse i belastning) på 0,7 da.N, - stivhet i sekundærfjæren R3: 4 mm vandring for en Af {differanse i belastning) på 0,2 da.N,

- trykkdifferanse Pe-P, = APa = 0,2 bar

- trykkdifferanse Pi~Pc = 3 bar ±0,5 bar.

Selvsagt kan verdiene ovenfor variere innenfor et vidt områ-de.

Forholdet T1/ T2 er alltid over 1 og under 4, og stivheten R2 er lavere enn stivheten

Claims (9)

1. Differensialventil for et fleksibelt rør under vann, gjennom hvilket det strømmer et fluid under et indre trykk (P1) , hvor nevnte ventil på den ene side utsettes for et utvendig trykk (Pe) og på den andre side for et innvendig trykk (P.) i nevnte fleksible rør, og er av den type som omfatter: et ventillegeme (1) som omfatter en øvre del som står i forbindelse med utsiden via i det minste én øvre forbindelsespassasje (25), og en nedre del som står i forbindelse med i det minste ett ringrom i det fleksible rør via i det minste én forbindelseskanal (7); et innvendig kammer (3) som er utformet i ventillegemet (1), og hvor det råder et kammertrykk (Pc) ; et hovedklaffelement (10) som er montert i nevnte innvendige kammer (3), og som er i stand til å innta en lukket stilling og en åpen stilling, hvor nevnte hovedklaffelement (10) presses mot lukket stilling av en hovedf jær (40) som er forspent med en forhåndsbestemt forspenning; et sekundært klaffelement (27) som er koaksialt med hovedklaffelementet (10) og ligger an på et ventilsete (32), hvor nevnte sekundære klaffelement (27) presses av en sekundær fjær (35) som er forspent med en forspenning som er lavere enn hovedfjærens (40) forspenning, karakterisert ved at det sekundære klaffelement (27) ligger an på sitt ventilsete (32) på en ikke tettende måte, men på en slik måte at det får dannes gassbobler som utgjør en barriere mot inntrengning av vann eller faste partikler i det innvendige kammer (3), og ved at forholdet mellom hovedfjærens (40) og den sekundære fjærs (35) forspenning er under 4, og hvor nevnte sekundære klaffelement (27) er montert i den øvre forbindelsespassasje (25) og er i stand til å innta en lukket stilling og en åpen stilling, idet det nevnte sekundære klaffelement (27) presses mot den lukkede stilling av nevnte forspente fjær (35) slik at det indre trykk (PJ i det innvendige kammer (3) ikke er mindre enn det utvendige trykk (PJ for det nevnte sekundære klaffelement (27) i lukket stilling.

2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter et deksel (23) som er montert i den øvre del (24) av ventillegemet (1), og som innbefatter den øvre forbindelsespassasje (25) og et sekundært sete (32) for det sekundære klaffelement (27).

3. Ventil ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det sekundære klaffelement (27) omfatter et hode (28) som har et i det minste delvis konisk tverr-snitt som kommer til anlegg på det koniske sete (32), og ved at den lille fjær (35) ligger an via sin ene ende på en innvendig skulder (36) utformet på dekslet (23), og ved sin andre ende på et fast anslagstykke (33) som er montert rundt den nedre parti (29) av det sekundære klaffelement (27), idet nevnte fastgjorte del (33) er låst til nevnte nedre parti (29) av det sekundære klaffelement (27) .

4. Ventil ifølge ett av kravene 1 til 3, karakterisert ved at den lille fjærs (35) forspenning er omtrent 0,3 da.N.

5. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at tetningen (19) er en O-ring-tetning og hviler på en konisk del av et hovedsete (9) utformet i bunnen (6) av ventillegemet (1).

6. Ventil ifølge krav 1 eller 5, karakterisert ved at hovedklaffelementet (10) omfatter et klaffele-mentlegeme hvis nedre del rommes i det minste delvis i en deflektor (17).

7. Ventil ifølge ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at den lille, forspente fjær (35) rommes i hovedfjæren (40).

8. Ventil ifølge ett av kravene 1 til 7, karakterisert ved at hovedfjærens (40) forspenning er omtrent 0,9 da.N.

9. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at det sekundære klaffelements (27) hode (28) og det motsvarende sete (32) er flate.