CZ294703B6 - Zdvižný ventil - Google Patents

Abstract

Zdvižný ventil je opatřený ventilovým sedlem (6, 7; 106, 107) a uzavíracím členem (8, 108), přičemž ventilové sedlo (6, 7; 106, 107) a uzavírací člen (8, 108) jsou umístěné mezi dvěma spojovacími komorami (2, 3; 102, 103) a jsou uspořádané pro vzájemnou spolupráci. Na vnější straně zúženého příčného průřezu (F), spojeného se vstupní spojovací komorou (2, 102), je vytvořeno vnější ventilové sedlo (6; 106) a na vnitřní straně zúženého příčného průřezu (F) je vytvořeno vnitřní ventilové sedlo (7; 107). Uzavírací člen (8; 108) spolupracuje s oběma ventilovými sedly (6, 7; 106, 107). Obě oblasti (16, 17; 116, 117), ležící vedle strany obou ventilových sedel (6, 7; 106, 107) proti zúženému příčnému průřezu (F), jsou spojeny s výstupní spojovací komorou (3; 103).ŕ

Description

Zdvižný ventil

Oblast techniky

Předložený vynález se týká zdvižného ventilu, opatřeného ventilovým sedlem a uzavíracím členem, přičemž ventilové sedlo a uzavírací člen jsou umístěné mezi dvěma spojovacími komorami a uspořádané pro vzájemnou spolupráci.

Dosavadní stav techniky

Zdvižné ventily tohoto typu jsou ve stavu techniky známé v mnoha provedeních, například v provedení podle dokumentu DE 36 15 229 Al. V těchto ventilech prstencové ventilové sedlo obklopuje prstencový účinný průřezový profil, který se kompletně uzavírá prstencovým uzavíracím členem. Uvedené uspořádání umožňuje předběžné nastavování průtokové charakteristiky. Tyto ventily jsou vhodné pro všechny druhy tekutin, zejména pak pro kapaliny.

Podstata vynálezu

Cílem předloženého vynálezu je zajistit vytvoření zdvižného ventilu v úvodu popsaného typu, který umožňuje dosažení velkého průtokového množství již při malých zdvizích.

Uvedený cíl se řeší zdvižným ventilem, který je opatřený ventilovým sedlem a uzavíracím členem, přičemž ventilové sedlo a uzavírací člen jsou umístěné mezi dvěma spojovacími komorami a uspořádané pro vzájemnou spolupráci. Podle vynálezu je na vnější straně zúženého příčného průřezu, spojeného se vstupní spojovací komorou, vytvořeno vnější ventilové sedlo a na vnitřní straně zúženého příčného průřezu je vytvořeno vnitřní ventilové sedlo. Uzavírací člen spolupracuje s oběma ventilovými sedly. Obě oblasti, ležící vedle strany obou ventilových sedel proti zúženému příčnému průřezu, jsou spojeny s výstupní spojovací komorou.

Dosažení požadovaného většího průtokového množství tekutiny dokonce i při malých zdvizích umožňuje odtékání této tekutiny přes obě, a to jak první, tak i druhé sedlo ventilu současně, což znamená, že je uspořádáním ventilu zajištěn přístup tekutiny do obou oblastí, obklopujících ventilového sedla na výstupní straně. Toto uspořádání dále zajišťuje, že při určitém zdvihu bude pokles tlaku ve zdvižném ventilu relativně nízký. A navíc, vzhledem k tomu, že vlivu působení tlakového rozdílu je vystavená pouze ta část uzavíracího členu, která spolupracuje se zúženým příčným průřezem, postačují pro uskutečňování přestavovacího zdvihu relativně nízké síly.

Shora použitým výrazem zúžený příčný průřez se v tomto případě rozumí plocha, vymezená mezi dvěma ventilovými sedly, jejíž délka je určitým násobkem vzájemné vzdálenosti těchto ventilových sedel. Pro účely předloženého vynálezu se upřednostňuje poměr délka/vzdálenost, vykazující hodnotu alespoň 5, výhodně hodnotu v rozmezí 10 až 80, a v obzvláště výhodném provedení hodnotu v rozmezí 30 až 60. Je výhodné, jestliže je zmiňovaná vzdálenost po celé délce mezi dvěma ventilovými sedly konstantní. Může se však rovněž tak měnit v rozmezích shora zmiňovaného poměru délka/vzdálenost.

Je obzvláště výhodné, jestliže zúžený příčný průřez má prstencový tvar, který zajišťuje existenci vnějšího a vnitřního ventilového sedla prstencového tvaru. Ostatní vnější rozměry a konfigurace zůstávají stejné, což má za následek zdvojení průtokové oblasti.

Dále je výhodné, jestliže je zúžený příčný průřez tvořený prstencovou drážkou. Namísto drážky je rovněž tak možné použít průchozí štěrbinu.

- 1 CZ 294703 B6

Podle obzvláště jednoduchého provedení je uzavírací člen opatřený prstencovým těsněním, které je společné pro obě ventilová sedla.

Kromě toho je dále obzvláště výhodné, jestliže vnější ventilové sedlo a/nebo vnitřní ventilové sedlo spolupracuje s těsnicím břitem. Těsnicí břity jsou mnohem pružnější než zbývající část těsnění. Vzhledem k uvedené skutečnosti takové těsnicí břity zajišťují dosahování těsného neprodyšného uzavření za použití menších sil, přičemž se však zároveň i jejich otevírání uskutečňuje při menších tlakových rozdílech.

V souvislosti s uspořádáním prstencových sedel ventilu se doporučuje, že uzavírací člen je opatřen prstencovým těsněním, majícím vnější těsnicí břit vystupující radiálně směrem vně a vnitřní těsnicí břit vystupující radiálně směrem dovnitř, přičemž vnější těsnicí břit spolupracuje s vnějším ventilovým sedlem a vnitřní těsnicí břit spolupracuje s vnitřním ventilovým sedlem.

S výhodou jsou čelní konce obou ventilových sedel vytvořené jako zaoblené. Tato skutečnost zaručuje snížení nerovnoměrnosti průtoku.

Dále je výhodné, jestliže jsou obě ventilová sedla stupňovitá pro zajištění dosednutí při malém zatížení ve směru uzavírání těsnicích břitů na první stupeň a při vyšším zatížení dosednutí prstencového těsnění na druhý stupeň v oblasti připevnění těsnicích břitů. Při zvyšování zatížení se působení těsnění přesouvá z prvního úseku na druhý úsek, což ve svém důsledku způsobuje omezení síly, působící na těsnicí břity směrem nahoru.

Podle přednostního provedení se navrhuje, že ventilová sedla jsou výškově odsazená k zajištění při přestavování ventilu v uzavíracím směru nejprve uzavírání vnitřního ventilového sedla a následně uzavírání vnějšího ventilového sedla. Při tomto uspořádání může být dosažena taková přechodová charakteristika ventilu, podle které narůstání velikosti zdvihu způsobuje odstupňované zvyšování průtokového množství, a to nejdříve pomaleji a následně větší rychlostí.

Jako obzvláště výhodné se doporučuje, že se ventil použije jako indikátor propustnosti, kdy uzavírací člen je zatížený první, proti směru průtoku působící první uzavírací pružinou, přičemž zdvižný ventil je dále opatřený měřicím zařízením zdvihu pro zjišťování průtokového množství. Otevírání zdvižného ventilu se uskutečňuje v závislosti na velikosti průtokového množství, přičemž již při relativně nízkém poklesu tlaku může být detekována průtoková oblast hodně velkého rozsahu.

Podle dalšího přednostního provedení se navrhuje volitelné zatížení uzavíracího členu prostřednictvím druhé uzavírací pružiny, udržované v neaktivní poloze působením protipříruby, která je prostřednictvím ovládacího ústrojí přestavitelná do polohy, zajišťující uvolnění druhé uzavírací pružiny do činnosti. Prostřednictvím působení druhé uzavírací pružiny je možné udržovat zdvižný ventil ve spolehlivě neprodyšném uzavření. Vzhledem k tomu, že tlak, který se má utěsňovat, působí pouze na prstencovou plochu uzavíracího členu, postačuje pro použití jako druhé uzavírací pružiny pružina s omezenou tuhostí, což ve svém důsledku umožňuje provádět přestavování protipříruby za použití relativně malé síly.

Při použití zdvižného ventilu jako indikátoru propustnosti je dále výhodné, jestliže je uzavírací člen opatřený odměřovacím rotorem, který je upořádaný v pomocné průtokové cestě, obcházející prstencovou drážku, a který tvoří součást měřicího zařízení rychlosti pro zjišťování průtokového množství. Vzhledem k tomu, že zdvižný ventil umožňuje výslovně dosahování velkých průtokových množství již při relativně malých zdvizích, slouží odměřovací rotor pro zjišťování přesných výsledků rovněž tak i při malých průtokových množstvích.

-2CZ 294703 B6

Podle dalšího přednostního provedení předloženého vynálezu zdvižný ventil zahrnuje měřicí zařízení impulzů, které na základě snímání značek, upravených na odměřovacím rotoru, detekuje rychlost prostřednictvím vyhodnocování četnosti impulzů a zdvih prostřednictvím vyhodnocování vzájemného poměru impulzů a prodlev mezi těmito impulzy. Díky tomuto uspořádání se může zjišťování rychlosti a velikosti zdvihu ventilu provádět velmi jednoduchým způsobem.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález bude blíže vysvětlen na základě příkladů jeho výhodných provedení v kombinaci s připojenou výkresovou dokumentací, ve které představuje obr. 1 zdvižný ventil podle předloženého vynálezu v podélném řezu;

obr. 2 indikátor propustnosti podle předloženého vynálezu v podélném řezu; a obr. 3 oblast A sedla ventilu z obr. 2 ve zvětšeném pohledu.

Příklady provedení vynálezu

Zdvižný ventil podle obr. 1 má těleso 1 se vstupní spojovací komorou 2 a výstupní spojovací komorou 3. Mezi vstupní spojovací komorou 2 a výstupní spojovací komorou 3 je uložená vložka 4 s prstencovou drážkou 5, uspořádanou v průtokovém spojení se vstupní spojovací komorou 2 a opatřenou na svém konci vnějším ventilovým sedlem 6 a vnitřním ventilovým sedlem 7. Otevřený konec prstencové drážky 5, opatřený ventilovými sedly 6, 7, tvoří zúžený příčný průřez F, přičemž poměr mezi délkou vnějšího ventilového sedla 6 a jeho vzdáleností od vnitřního ventilového sedla 7 má přibližně hodnotu 35. Uzavírací člen 8 ventilu, který je zatížený prostřednictvím proti směru otevírání ventilu působící vratné pružiny 9, je uložený v přídavné vložce JO, jejíž otáčení umožňuje nastavování hodnoty k_v. Uzavírací člen 8 je působením neznázorněného ovládacího ústrojí v axiálním směru přestavitelný prostřednictvím jehly 11, vedené skrze ucpávku 12 a vystupující vně ventilu. Tímto ovládacím ústrojím může být například termostat, sloužící pro uzavírání ventilu při zvýšení venkovní teploty.

Uzavírací člen 8 je opatřený prstencovým těsněním 13, které má na něm vytvořený, radiálně vně vystupující vnější těsnicí břit 14, určený pro vzájemnou spolupráci s vnějším ventilovým sedlem 6, a radiálně vně vystupující vnitřní těsnicí břit 15, určený zase pro vzájemnou spolupráci s vnitřním ventilovým sedlem 7. Obě ventilová sedla 6, 7 vykazují zaoblené čelní plochy. Uzavírací člen 8 je kromě toho vytvořený tak, že vnější oblast 16, nacházející se na vnější straně vnějšího ventilového sedla 6, a prostřednictvím průnikových kanálků 18 i vnitřní oblast 17, nacházející se na vnitřní straně vnitřního ventilového sedla 7, jsou uspořádané v průtokovém spojení s výstupní spojovací komorou 3.

Jak je naznačeno prostřednictvím šipek 19, protéká při otevření ventilu tekutina prstencovou drážkou 5, na jejímž výstupu se proud tekutiny rozděluje na dvě části. Jedna část proudu tekutiny protéká skrze otvor, vytvořený po otevření ventilu mezi vnějším ventilovým sedlem 6 a k němu přiřazeným vnějším těsnicím břitem 14 přímo do vnější oblasti 16 a takto přímo do výstupní spojovací komory 3. Druhá část proudu tekutiny protéká skrze otvor, vytvořený mezi vnitřním ventilovým sedlem 7 a k němu přiřazeným vnitřním těsnicím břitem 15 do vnitřní oblasti 17 a z této vnitřní oblasti 17 prostřednictvím průnikových kanálků 18 také do výstupní spojovací komory 3. Při tomto uspořádání postačují pro dosažení průchodu velkého průtokového množství i velmi malé zdvihy ventilu. Vstupní tlak působí na uzavírací člen 8 pouze v oblasti prstencové drážky 5, neboli na plochu zúženého příčného průřezu F. Ve shodě se shora uvedeným jsou

-3 CZ 294703 B6 z hlediska velikosti malé i síly, požadované pro přestavování uzavíracího členu 8 prostřednictvím ovládacího ústrojí.

Prstencové těsnění 13 je obvykle vytvořené z pryže nebo pružného plastu. Vzhledem k tomu jsou na něm vytvořené těsnicí břity 14, 15 měkké a pružně poddajné. V důsledku uvedené skutečnosti jsou schopné přizpůsobovat se tvaru ventilových sedel 6, 7 a takto těsně a neprodyšně uzavírat ventil za použití malé síly.

S odvoláním na obr. 2 a 3 jsou shodné součásti indikátoru propustnosti označené vztahovými značkami, zvýšenými o hodnotu 100.

Nejprve se poměr délka/vzdálenost zúženého příčného průřezu F nastaví tak, že má hodnotu asi 45. Toto uspořádání výslovně umožňuje dosažení velkých průtokových množství již při malém zdvihu.

Jak může být seznatelné ze zmiňovaného obr. 3, je vnitřní ventilové sedlo 107 vzhledem k vnějšímu ventilovému sedlu 106 výškově odsazené tak, že při přestavování ventilu do uzavřené polohy bude do uzavíracího záběru přicházet nejdříve vnitřní těsnicí břit 115 a vnitřní ventilové sedlo 107 a následně vnější těsnicí břit 114 a vnější ventilové sedlo 106. V důsledku tohoto uspořádání se dosahuje přechodová charakteristika ventilu spočívající v tom, že na začátku zdvihu ventilu je přístupná pouze jedna průtoková oblast, a to jmenovitě oblast mezi vnějším ventilovým sedlem 106 a vnějším těsnicím břitem 114, zatímco druhá průtoková oblast, nacházející se mezi vnitřním ventilovým sedlem 107 a vnitřním těsnicím břitem 115, se otevírá a je přístupná později.

Vnější ventilové sedlo 106 a vnitřní ventilové sedlo 107 jsou vytvořené jako dvoustupňové. První stupeň 120, 121 je vytvořený jako prstencové vně vystupující vyložení, zatímco druhý stupeň 122, 123 tvoří vnější okraj prstencové drážky 105. Těsnicí břity 114, 115 spolupracují s prvním stupněm 120, 121, zatímco se druhým stupněm 122, 123 spolupracuje oblast připevnění těsnicích břitů 114.115 k prstencovému těsnění 113.

Během normálního pracovního chodu zdvižného ventilu je uzavírací člen 108 zatížený prostřednictvím relativně měkké, první uzavírací pružiny 124. Vzhledem k tomuto uspořádání přizpůsobuje uzavírací člen 108 velikost zdvihu ventilu v závislosti na průtoku. Za tohoto stavu slouží zdvižný ventil v kombinaci s měřicím zařízením zdvihu, které bude popsáno dále, jako průtokoměr pro zjišťování průtokového množství.

Tužší, druhá uzavírací pružina 125 se během normálního pracovního chodu udržuje prostřednictvím protipříruby 126 mimo vzájemný záběr s uzavíracím členem 108. Protipříruba 126 je uložená na vložce 127, která je působením ovládacího ústrojí přestavitelná do uvolňovací polohy prostřednictvím jehly 129. Tímto ovládacím ústrojím může být například elektrický motor, přičemž je však rovněž tak možné provádět ovládání jehly manuálně. Přemísťování jehly 129 a vložky 127 směrem nahoru způsobuje aktivaci a uvedení druhé uzavírací pružiny 125 do činnosti tak, že společným účinkem působení obou, a to jak relativně měkké první uzavírací pružiny 124, tak i tužší druhé uzavírací pružiny 125, dochází k uzavírání zdvižného ventilu a v důsledku toho k dosednutí prstencového těsnění 113 na ventilová sedla 106, 107 a neprodyšnému utěsnění obou, a to jak prvního stupně 120, 121, tak i druhého stupně 122, 123 ventilových sedel. V tomto případě zdvižný ventil slouží jako uzavírací zařízení.

Ve vnitřním prostoru uzavíracího členu 108 je uspořádaný odměřovací rotor 130, který se uvádí do činnosti přiváděním tekutiny ze vstupní spojovací komory 102 přes hrdlo 131, odkud pak tato tekutina protéká přes kanálek 132 do výstupní spojovací komory 103. Hrdlo 131, odměřovací rotor 130 a kanálek 132 tvoří společně pomocnou průtokovou cestu, která obchází prstencovou drážku 105 a takto i hlavní průtokovou cestu zdvižného ventilu jako takovou. Prostřednictvím

-4CZ 294703 B6 odměřovacího rotoru 130 se, na základě zjišťování jeho rychlosti, zaznamenávají a vyhodnocují malá průtoková množství.

Elektro-optické měřicí zařízení 133 impulzů, činné na základním principu přerušování světelného paprsku prostřednictvím předem stanovených značek 134, upravených na oběžných kolech odměřovacího rotoru 130, generuje sled impulzů a tento sled impulzů odesílá na vstup 135 vyhodnocovacího obvodu 136. Na základě vyhodnocení četnosti těchto impulzů se pak stanovuje rychlost odměřovacího rotoru 130. Na základě vyhodnoceni vzájemného poměru impulzů a prodlev mezi těmito impulzy se zase stanovuje zdvih uzavíracího členu 108, přičemž se, současně se změnou zdvihu, vzhledem k tomu, že oběžná kola odměřovacího rotoru 130 vykazují konstantní tloušťku, mění vzdálenost mezi navzájem přilehlými oběžnými koly odměřovacího rotoru 130. Měřicí zařízení 133 impulzů ve spojení s vyhodnocovacím obvodem 136 takto tvoří měřicí zařízení zdvihu a měřicí zařízení rychlosti.

Shora popsané uspořádání zdvižného ventilu umožňuje, při jeho použití jako indikátoru propustnosti, dosažení následujícího pracovního režimu. Malá průtoková množství se stanovují na základě otáčení odměřovacího rotoru 130 při uzavřené poloze zdvižného ventilu. Vetší průtoková množství se detekují na základě zjišťování zdvihu uzavíracího členu 108 a připočítávají k průtokovému množství, zjištěnému prostřednictvím odměřovacího rotoru 130. V případě, kdy na základě různých specifických kritérií zjistí vyhodnocovací obvod 136 určité propouštění ventilu, a to bud, to, z hlediska velikosti, malé nebo velké průtokové množství, uvede stavěči ústrojí 128 prostřednictvím uvolnění protipříruby 126 do činnosti tužší druhou uzavírací pružinu 125, která svým působením napomáhá při uzavírání ventilu, načež dochází k uzavírání zdvižného ventilu. Současně je možné prostřednictvím uzavření hrdla 131 víčkem 137, uspořádaným na vložce 127, uzavřít i pomocnou průtokovou cestu.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zdvižný ventil, opatřený ventilovým sedlem (6, 7; 106, 107) a uzavíracím členem (8, 108), přičemž ventilové sedlo (6, 7; 106, 107) a uzavírací člen (8, 108) jsou umístěné mezi dvěma spojovacími komorami (2, 3; 102, 103) a uspořádané pro vzájemnou spolupráci, vyznačující se tím, že na vnější straně zúženého příčného průřezu (F), spojeného se vstupní spojovací komorou (2, 102), je vytvořeno vnější ventilové sedlo (6, 106) a na vnitřní straně zúženého příčného průřezu (F) je vytvořeno vnitřní ventilové sedlo (7, 107), že uzavírací člen (8, 108) spolupracuje s oběma ventilovými sedly (6, 7; 106, 107) a že obě oblasti (16, 17; 116, 117), ležící vedle strany obou ventilových sedel (6, 7; 106, 107) proti zúženému příčnému průřezu (F) jsou spojeny s výstupní spojovací komorou (3, 103).
2. 2. Zdvižný ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že ventilová sedla (6, 7; 106, 107) jsou vytvořena prstencovým tvarem zúženého příčného průřezu (F).
3. 3. Zdvižný ventil podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zúžený příčný průřez (F) je tvořený prstencovou drážkou (5, 105).
4. 4. Zdvižný ventil podle některého z nároků 1 až 3,vyznačující se tím, že uzavírací člen (8, 108) je opatřený prstencovým těsněním (13, 113), které je společné pro obě ventilová sedla (6, 7; 106, 107).

   -5CZ 294703 B6
5. 5. Zdvižný ventil podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vnější ventilové sedlo (6, 106) a/nebo vnitřní ventilové sedlo (7, 107) spolupracuje s těsnicím břitem (14, 15;114,115).
6. 6. Zdvižný ventil podle některého z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že uzavírací člen (8, 108) je opatřen prstencovým těsněním (13, 113), majícím vnější těsnicí břit (14, 114), vystupující radiálně směrem vně a vnitřní těsnicí břit (15, 115), vystupující radiálně směrem dovnitř, přičemž vnější těsnicí břit (14, 114) spolupracuje s vnějším ventilovým sedlem (6, 106) a vnitřní těsnicí břit (15, 115) spolupracuje s vnitřním ventilovým sedlem (7, 107).
7. 7. Zdvižný ventil podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že čelní konce obou ventilových sedel (6, 7, 106, 107) jsou zaoblené.
8. 8. Zdvižný ventil podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že obě ventilová sedla (106, 107) jsou stupňovitá pro zajištění dosednutí při malém zatížení ve směru uzavírání těsnicích břitů (114, 115) na první stupeň (120, 121) a při vyšším zatížení dosednutí prstencového těsnění (113) na druhý stupeň (122, 123) v oblasti připevnění těsnicích břitů (114, 115).
9. 9. Zdvižný ventil podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že ventilová sedla (106, 107) jsou výškově odsazená k zajištění při přestavování ventilu v uzavíracím směru nejprve uzavírání vnitřního ventilového sedla (107) a následně uzavírání vnějšího ventilového sedla (106).
10. 10. Zdvižný ventil podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že se použije jako indikátor propustnosti, kdy uzavírací člen (108) je zatížený první, proti směru průtoku působící první uzavírací pružinou (124), a že zdvižný ventil je dále opatřený měřicím zařízením zdvihu pro zjišťování průtokového množství.
11. 11. Zdvižný ventil podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že uzavírací člen (108) je zatížený druhou uzavírací pružinou (125), udržovanou v neaktivní poloze protipřírubou (126), a že protipříruba (126) je stavěcím ústrojím (128) přestavitelná do polohy, zajišťující uvolnění druhé uzavírací pružiny (125).
12. 12. Zdvižný ventil podle některého z nároků 1 až 11,vyznačující se tím, že uzavírací člen (108) je opatřený odměřovacím rotorem (130), který je uspořádaný v pomocné průtokové cestě, obcházející prstencovou drážku (105), a který tvoří součást měřicího zařízení rychlosti pro zjišťování průtokového množství.
13. 13. Zdvižný ventil podle nároků 10 až 12, vyznačující se tím, že měřicí zařízení (133) impulzů na základě snímání značek na odměřovacím rotoru (130) detekuje rychlost prostřednictvím vyhodnocování četnosti impulzů a zdvih prostřednictvím vyhodnocování vzájemného poměru impulzů a prodlev mezi těmito impulzy.