CZ20011119A3 - Uzavírací ventil - Google Patents

Description

Uzavírací ventil je opatřen dvojitým sedlem s horním sedlem (7) ventilu s průměrem dl a se spodním sedlem (8) ventilu s průměrem d2, která mají různé průměry (Dl < D2) a s dvojitým ovládacím členem (12, 11, 10, 14), který v uzavřeném stavu zabraňuje průchodu utěsňovaného média. Utěsňovaným médiem ovlivňovaná a uzavírací sílu vytvářející druhová prstencová plocha ( D2 - Dl) dvojitého ovládacího členu (12, 11, 10, 14), vytvořená z vnějšího průměru D2 a vnitřního průměru Dl, je prostřednictvím průměru D3 (Dl < D3 < D2) rozdělena do nejméně dvou oblastí (10, 14) pro rozdělování uzavírací síly na horní sedlo (7) ventilu a spodní sedlo (8) ventilu.

I

Pí/Z/j ·· ···· · · ···· • · · · * · • · · · · • · · · · · ··· ···· · ·· ♦· ·· ···

- 1 Uzavírací ventil

Oblast_techniky

Vynález se týká uzavíracího ventilu podle předvýznakové části patentového nároku 1.

Dosavadní_stav_techniky

Jsou známé dvojsedlové ventily například z DE 31 46 590 a z EP 0 645 562. V DE 31 46 590 jsou popsány dvojsedlové ventily, u kterých je světlý vnitřní průměr ventilových sedel upraven relativně značně rozdílně. Tím je při narůstajícím tlaku mezi talíři ventilu otevírající síla většího talíře ventilu, který má větší propustný vnitřní průměr, větší než uzavírající síla na spodním talíři ventilu.

Speciálně pro nasazení jako automatických uzavíracích ventilů pro plynové hořáky a plynové přístroje stanovuje k tomu účelu platná norma v DIN EN 161 zkušební kritéria pro připuštění takových ventilů, přičemž z hlediska definice ventilových tříd se bere zřetel na dvojsedlový ventil z toho hlediska, že se potom jedná o ventil třídy A, B nebo C, pokud není působením vstupního tlaku plynu utěsňovací síla zmenšena. Prostřednictvím této definice vznikají ventily různé třídy s různým uzavíracím postupem proti narůstajícímu vstupnímu tlaku. Pokud může být talířový ventil, například třídy B, tlakově ovlivňován až do selhání na zkoušce se podílející konstrukční součásti, není u normalizovaných dvojsedlových ventilů po překročení ventilu vlastního maximálního zkušebního tlaku odmítána již žádná těsnost. Podstata spočívá v tom, že utěsňovací síla je v podstatě vytvářena uzavírací pružinovou silou a komponenta podporující uzavírací sílu vytvářená možným rozdílem ploch mezi velkým a malým k

• · v průměrem sedla u známých konstrukcí nemůže byt přeměňována ve stejné míře na nárůst uzavíracího tlaku na obě sedla. K tomu přistupuje ta skutečnost, že na rozdílné ploše vznikající síla musí být při otevírání ventilu také překonávána. Speciálně při pohonech se zdvihem magnetu je proto tato rozdílná plocha držena pokud možno velmi malá, což minimalizuje podíl dynamické přítlačné síly na statické pružinové předpětí.

Ventily jsou kromě zcela statického tlakového zatížení vystaveny také dynamickým tlakům, které vznikají při uzavírání ventilů a jsou vytvářeny zejména při vyšších rychlostech proudění a mohou překročit až l,5násobek maximálního provozního tlaku. Vyšším vstupním tlakům může být ventil vystaven také tehdy, když předřazený regulátor vysokého tlaku překročí svůj nastavený výstupní tlak.

Podstata_vynálezu

Vynález si klade za úkol vytvořit uzavírací ventil v úvodu uvedeného druhu, který účinně zabraňuje průchodu plynu skrz uzavírací ventil až ke stanovenému průtlaku ventilu.

Vytčený úkol se podle vynálezu řeší znaky uvedenými v nezávislých patentových nárocích.

Jádro vynálezu spočívá v tom, že definovaná diferenční plocha je vytvořena jako účinná plocha pro vstupní tlak, která rozdělená ale pryžově pružně a tlakově těsně spojená přináší odpovídající podíl utěsňovací síly na velký, případně malý průměr sedla ventilu přímo, případně nepřímo, přičemž uzavírací pružinové síly, které musejí splňovat protitlakovou zkoušku podle DIN EN 161, působí na obě sedla odděleně a tak vytvářejí počáteční uzavírací tlak.

• · · · • ·

Dvojsedlové ventily sice požadují ve srovnání s ventily s jednotlivými talíři více jednotlivých součástí a vyšší výrobní přesnost, avšak mají z hlediska přiváděné otevírací energie a potřebného objemu pro ventilovou konstrukci ve srovnání s jednotlivými talířovými ventily se shodným průtokem menší hmotnost a nižší spotřebu výkonu, což jsou důležité přednosti, a proto bude konstrukce těchto ventilů také v budoucnosti zachována. Střední průměr sedla u dvojsedlového ventilu má hodnotu jen 70 % průměru sedla u jednotlivého ventilu a také pro optimalizaci magnetických pohonů velmi důležitý zdvih se redukuje ti dvojtalířového ventilu jen na hodnotu 70 %.

Vyrovnání sil z navzájem protilehle upravených a tlav kem ovlivňovaných ploch, které tvoří základ konstrukce dvojtalířového ventilu, se redukuje ve srovnání s jednotalířovým ventilem vzhledem pro otevírací sílu relevantníntlakem zatížené ploše na kruhový prstenec jako rozdíl mezi velkou a malou sedlovou plochou, čímž se vytváří zejména u ventilů s vysokým přípustným provozním tlakem a většími jmenovitými šířkami velké snížení u otevíracích sil.

Další výhodná vytvoření vynálezu vyplývají ze závislých patentových nároků.

Přehledobrázkůna výkresech

Výhodné příklady provedení zařízení podle vynálezu, případně způsobu podle vynálezu jsou blíže vysvětleny na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn pohled na uzavírací ventil v podélném řezu.

Na obr. 2 je znázorněn další příklad provedení dvoji- 4 • · · · • ·

tého talířového nastavovacího členu s uzavírací pružinou.

Na obr. 3 je znázorněno další uspořádání dvojitého talířového nastavovacího členu s pozměněnou uzavírací pružinou .

Na obr. 4 je znázorněno další výhodné provedení dvojitého talířového nastavovacího členu.

Na obr. 5 je znázorněno další výhodné provedení velkého talíře dvojitého talířového nastavovacího členu.

Na obr. 6 je znázorněn dílčí půdorys kolébkového prstence z obr. 5.

Na obr. 7 je znázorněno další výhodné provedení dvojitého talířového nastavovacího členu.

Na obr. 8 je znázorněno další uspořádání nastavovacího členu podle obr. 7.

-£íbL3dy_provedení_vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn podélný řez skrz uzavírací ventil JL, který je protékán utěsňovaným médiem ve směru šipky

2. Pro jednoduchost není znázorněno rozdělení ventilové skříně £ do jednotlivých konstrukčních součástí. Stejně tak nejsou znázorněny zdvihové pohony pro otevírání ventilu. Jako náhrada je prostřednictvím šipky 4a znázorněna nástavbová strana pro rázový, případně tlačný pohon a prostřednictvím šipky 4b nástavbová strana pro tažný pohon. Tyč 5 je provedena skrz dvě vložky 6a a 6b, které jsou podle dané nástavby kombinovány také s tyčovým utěsněním, přičemž provedení je uskutečněno tak, že se tím do značné míry zabrání radiální volnosti pohybu nastavovacího členu. Volitelně lze také ·♦··

ten konec tyče 5, který je odvrácený od pohonu, umístit ve ventilové skříni 3, takže není potřebné tyčové utěsnění.

Ve ventilové skříni 3 jsou vytvořena sedla 7 a 8 ventilu soustředně a kolmo k ose tyče 5, přičemž jejich odstup má zpravidla vysokou přesnost, která se pohybuje v oblasti setin milimetru. Navzdory této přesnosti v odstupu sedel a kalibrování odstupu obou pryžových těsnicích ploch na dvojitém nastavovacím členu se u dosavadních dvojitých talířových nastavovacích členů nepodařilo rozdělit dynamickou těsnicí sílu narůstající se vzrůstajícím vstupním tlakem na obě sedla 7, 8 ventilu. Důsledek toho spočívá v tom, že od určitého tlaku jedno z obou sedel 7, 8 ventilu začíná být netěsné.

Tomu se má podle vynálezu zabránit u konstrukce nastavovacího členu znázorněné na obr. 1 tím, že vstupním tlakem ovlivňovaná a uzavírací sílu vytvářející kruhová prstencová plocha, vytvořená z vnějšího průměru D2 a vnitřního průměru Dl je prostřednictvím průměru D3 rozdělena do dvou oblastí. Šipkami 9 pro zatížení vstupním tlakem znázorněný vnitřní kruhový prstenec je částí velkého talíře 10, který je prostřednictvím rozpěrné trubky 11 silově pevně spojen s malým talířem 12, čímž je na horním sedle 7 ventilu dáno na vstupním tlaku závislé vytvoření uzavíracího tlaku.

Šipky 13, charakterizující vstupní tlak na vnějším kruhovém prstenci, vytvořeném z vnějšího průměru D2 a z průměru D3, vytvářejí na tlaku závislou těsnicí sílu na spodním sedle 8 ventilu. Kruhová prstencová plocha vytvořená z vnějšího průměru D2 a průměru D3 je částí talířového prstence *

14, který splňuje na jedné straně proti spodnímu sedlu 8 ventilu axiální a na druhé straně proti velkému talíři 10 radiální těsnicí funkci na průměru D3. Jak je to znázorněno, unáší proto talířový prstenec 14 elastomer 15 jako těsnicí • · * ♦ ♦ · · ·

ι

.. Q<- W} · · · • · · materiál. Velký talíř 10 je prostřednictvím 0-kroužku 16 proti tyči 5 utěsněn proti průchodu média.

Malý talíř 12 unáší elastomerický těsnicí materiál 17, který utěsňuje proti hornímu sedlu 7 ventilu a proti tyči 5.

Axiální poloha talířového prstence 14 vzhledem k velkému talíři 10 je v podstatě určena tolerancemi konstrukčních součástí 12, 17, 11 působících ve směru zdvihu a nejméně tolerancí odstupu sedla ve skříni. Při otevírání nastavovacího členu unáší rameno 18 na velkém talíři 10 talířový prstenec 14 včetně elastomeru 15 těsnění po krátkém pohybu vpřed.

V souladu musí podle uvedené normy ventil pro plynový hořák zůstat při zkoušce protitlaku s odpovídajícím tlakem uvnitř předem stanovených hodnot prosakování. Tyto zkušební tlaky dosedají na shodnou kruhovou prstencovou plochu jen na výstupní tlakové straně velkého talíře 10 a talířového prstence 14.

Těsnicího účinku při tomto působení protitlaku, který by nadzdvihl nastavovací člen od sedel, je dosažitelný jen prostřednictvím zavedení odpovídajícího vysokého uzavíracího tlaku na ventilová sedla. Toho se dosáhne tím, že podíl síly uzavírací pružiny 19 se přenáší přes velký talíř 10 a rozpěrnou trubku 11 na malý talíř 12 a další podíl síly se přenáší přes talířovou pružinu 20 na talířový prstenec 14.

Pokud musí být například uzavírací pružinou 19 přestavován nazpět rázový pohon, musí síla uzavírací pružiny 19 připravit tuto zpětnou přestavnou energii a v důsledku toho musí pracovat silněji, než talířová pružina 20, která musí splňovat jen požadavky protitlakové zkoušky.

• · ·«··

9 99 * 9

9

Pokud se jedná o pohon prostřednictvím zdvihového magnetu, tak se redukuje čistá tlaková silová komponenta na kruhový prstenec tvořený vnějším průměrem D2 a vnitřním průměrem Dl na maximální zkušební tlak o hodnotě 150 mbarů.

Po odebrání zkušebního tlaku vytvářejí uzavírací pružinové síly, určené podle požadavků protilehlé tlakové zkoušky, definovaný uzavírací tlak na plochy horního sedla 7 ventilu a spodního sedla 8 ventilu.

Pokud je na dvojitý talířový nastavovací člen zapojen vstupní tlak, tak se uzavírací tlak vytvářený uzavíracími pružinami zvýší o vícenásobek vstupního tlaku. Tento zesilovací faktor je vytvářen poměrem odpovídajících dílčích ploch vnějšího průměru D2 a průměru D3, případně průměru D3 a vnitř ního průměru Dl vzhledem k úložné ploše těsnicí látky na sedlech 7 a 8 ventilu. Pokud je například ostří b sedla ventilu upraveno o šířce 0,5 mm a šířka obou dílčích kruhových prstenců je vytvořena o hodnotě 2 mm, tak se vytváří zesilovací činitel o hodnotě zhruba 4. To znamená, že ze vstupního tlaku o hodnotě 1 mbar jsou vytvořeny 4 mbary uzavíracího tlaku, což vede k tomu, že takový dvojitý talířový nastavovací člen je s narůstajícím vstupním tlakem stále těsnější jako jednotlivý talíř, až se dosáhne meze pevnosti.

Na rozdíl k jednotlivému talířovému ventilu, n kterého se zesilovací činitel vypočítává D/(4 b) a šířka sedla ventilu je pokud možno malá, aby se minimalizovala uzavírací pružinová síla pro minimalizaci magnetové síly, je u dvojitého talířového nastavovacího členu podle vynálezu kruhová prstencová plocha volitelná bez zmenšení volného ventilového průřezu. Pro porovnání je třeba uvést, že pro D = 50 m: a pro b = 0,5 mm se vytváří u jednotlivého talířového ventilu zesilovací činitel o hodnotě 25. Při vysokých vstupních tlacích však vede tento zesilovací činitel také k vysokým ·· ΦΦΦΦ • 4 *···

- 8 dílčím zatížením pro elastomer těsnění. Prostřednictvím přizpůsobení kruhové prstencové plochy na velikost tlaku může být u dvojitého talířového nastavovacího členu podle vynálezu maximální tlak v těsnicím materiálu ve velké míře redukován.

Na obr. 2 je znázorněn jiný druh rozdělení síly, u kterého je zabudována jen uzavírací pružina 21, která přenáší svoji sílu prostřednictvím kolébky 22 na velký talíř 10 a talířový prstenec 14 buď rovnoměrně nebo v předem stanoveném poměru.

Na obr. 3 je znázorněna další výhodná varianta, která se vyznačuje zejména jednoduchým vytvořením a přizpůsobením pružinových sil. Jak k velkému hornímu sedlu 7 ventilu přes talířový prstenec 14, tak také k malému spodnímu sedlu 8 ventilu přes velký talíř 10 mohou být odděleně přiřazeny uzavírací pružinové síly přiřazené k dané ventilové třídě. Prostřednictvím zamontování dvou samostatných uzavíracích pružin 23 a 24 se vytváří přídavná bezpečnostní výhoda tohoto uspořádání dvojitého talířového nastavovacího členu.

Na obr. 4 je znázorněno výhodné provedení dvojitého talířového nastavovacího členu s pryžovým pružným spojem 25 velkého talíře 110 s talířovým prstencem 114, který je proveden tak, že navulkanizovaný těsnicí materiál 26 utěš* nuje jak proti hornímu sedlu 7 ventilu a tyči 5, tak také vytváří těsné a tolerance vyrovnávající pohyblivé spojení mezi talířovým prstencem 114 a mezi velkým talířem 110. Talířová pružina 120, která je vytvořena jako rovný děrovaný kotouč, je zatlačována prostřednictvím uzavírací pružiny proti velkému talíři 110 a je spojena tvarově pevně s talířovým prstencem 114 a prostřednictvím pojistného kroužku 32 je axiálně držena, čímž po nadzdvižení od horní• · • · · · • · · ·

ho sedla 7 ventilu zaujme talířový prstenec 114 vždy stejnou polohu vzhledem k velkému talíři 110. Na obr. 4 je znázorněna uzavírací poloha nastavovacího členu. Předepjatá talířová pružina 120 vytváří požadované přitlačení těsnicího materiálu 26 v oblasti sedla ventilu, aby byly splněny požadavky odpovídající protitlakové zkoušce normy. Nadzdvih 27, upravený pro velký talíř 110, bere zřetel na v úvodu popsané tolerance jednotlivých součástí nastavovacího členu ve směru zdvihu.

Na obr. 5 je znázorněno další výhodné vytvoření velkého talíře 210 a talířového prstence 214, u kterého zejména navulkanizovaný materiál unáší již jen talířový prstenec 214, který je vytvarován radiálně dovnitř do pohyblivé membrány 28 a který je prostřednictvím těsnicí patky 29 utěsněn ve velkém talíři 210 na vstupní tlakové straně a je přddepjat prostřednictvím víka 30. Toto víko 30 má vnější obrys 31, ve kterém se může oblast pohyblivé membrány 28 při vysokém tlakovém zatížení opírat, aby se vyloučilo nadměrné namáhání těsnicího materiálu. Axiální zdvih kolébky 222 relativně vzhledem k velkému talíři 210 v otevřeném stavu omezuje pojistný kroužek 132 a slouží tak také unášení při otevření dvojitého nastavovacího členu. Talířový prstenec 214 má při otevírání doběh a při uzavírání pohyb vpřed.

Na obr. 6 je znázorněn dílčí půdorys prstence kolébky 22, případně 222. Ten sestává z více unášečů na dvou operách, které jsou na vnitřním průměru 34 společně drženy prostřednictvím obvodového spoje. Prostřednictvím rozdělení do kolébkových segmentů 33 se zabezpečí, že se může talířový prstenec 214 snadno sklopit proti velkému talíři 210, aniž by to znamenalo ztrátu rovnoměrného rozdělení síly předpětí.

• · • ·

- 10 Na obr. 7 je znázorněno další uspořádání dvojitého talířového nastavovacího členu podle obr. 3 a obr. 4 zejména pro vyšší vstupní tlaky s vestavbou kotouče 35, který má podepření pro stlačnou oblast spoje 25 z těsnicího materiálu a současně slouží jako rozdělovači deska pro uzavírací sílu uzavírací pružiny 24 proti pružnému těsnicímu materiálu 26, aby se minimalizovalo deformování v podélném směru při zatížení vstupním tlakem. Miska 36 pružiny přenáší uzavírací pružinovou sílu na talířový prstenec 314, který je tvarově pevně, například prostřednictvím zahnutí, spojen s miskou 36 pružiny. Tento tvarový spoj unáší talířový prstenec 314 při otevření proti vstupnímu tlaku.

Na obr. 8 je znázorněno další výhodné provedení stavěcího členu podle obr. 7 z hlediska technické bezpečnosti. Protože odstup 37 mezi miskou 36 pružiny a mezi velkým talířem 310 má hodnotu několika desetin milimetru, může být miska 36 pružiny z obr. 7 opatřena statickým těsněním 38 a dynamicky působícím těsněním 39, které působí v případě zlomení stlačovací oblasti. Obě těsnění 38, 39 jsou například navulkanizována a sestávají z těsnicího materiálu přípustného pro plyny.

Vynález samozřejmě není omezen na příklady provedení, které byly znázorněny a popsány.

• · · · (?/- JMI « · · · · · · · · Μ · · · ·· · · · · · • · «·· ··..·· • · ···· *·4« ····· ·· ·· ·· ♦··

- 11 PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (5)

1/6

OBR.

4α

Ρ2 968

OBR.

1. Uzavírací ventil s dvojitým sedlem s horním sedlem (7) ventilu s průměrem Dl a spodním sedlem (8) ventilu s průměrem D2, která mají různé průměry (Dl < D2), a s dvojitým ovládacím členem (12, 11, 10, 14), který v uzavřeném stavu zabraňuje průchodu utěsňovaného média, vyznačující se tím, že utěsňovaným médiem ovlivňovaná a uzavírací sílu vytvářející kruhová prstencová plocha (D2 - Dl) dvojitého ovládacího členu (12, 11, 10, 14), vytvořená z vnějšího průměru D2 a vnitřního průměru Dl, je prostřednictvím průměru D3 (Dl X D3 4 D2) rozdělena do nejméně dvou oblastí (10, 14) pro rozdělování uzavírací síly na horní sedlo (7) ventilu a spodní sedlo (8) ventilu.

2/6

P2968

P2968

OBR.

2. Uzavírací ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že spodní sedlo (8) ventilu uzavírající talíř dvojitého ovládacího členu (12, 11, 10, 14) je vytvořen vnitřním velkým talířem (10) a tento vnitřní velký talíř (10) obklopujícím talířovým prstencem (14) pro přenášení na vnitřní velký talíř (10) působící dílčí uzavírací síly (9) na horní sedlo (7) ventilu a dílčí uzavírací síly (13) na talířový prstenec (14) na spodní sedlo (8) ventilu.

3. Uzavírací ventil podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že uzavírací tlak dvojitého ovládacího členu (12, 11, 10, 14) je vytvořitelný uzavírací silou (19, 21, 24) působící na nejméně první oblast (10) dvojitého ovládacího členu (12, 11, 10, 14) a že prostřednictvím prostředků (20, 22, 23, 120, 122) je také vytvořitelná uzavírací síla na nejméně druhou oblast (14).

4/6

Dl

P2968

OBR.

• φ • · ·

4. Uzavírací ventil podle nároku 3, vyznačující se tím, že uzavírací síla nejméně první oblasti (10) je vytvořitelná uzavírací pružinou (19, 21, 24).

• · · · • · • · · ·

5. Uzavírací ventil podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že prostředky (20, 22, 23, 120, 122) pro vytvoření uzavírací síly spolupůsobí s uzavírací silou nejméně první oblasti (10).

6. Uzavírací ventil podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že prostředkem pro vytvoření uzavírací síly je uzavírací pružina (23).

7. Uzavírací ventil podle nároku 5, vyznačující se tím, že uzavírací síla nejméně první oblasti (10) je přenosná na nejméně druhou oblast (14) prostřednictvím talířové pružiny (20, 120) nebo kolébky (22, 222).

8. Uzavírací ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nejméně dvě oblasti (10, 14) jsou spojeny společným těsnicím materiálem.

9. Uzavírací ventil podle nároku 8, vyznačující se tím, že stlačovací oblast mezi nejméně dvěma oblastmi (10, 14) je podepřena prostředky (31).

o 4 - ///7 ·· ···· · · · · · · · · β'— *« · 9 · · · · · · « · ··· ···* · « · · · · · *·· ···· · ··> ·· ·· ···

5/6

OBR. θ