CZ9902539A3 - Monostabilní ventil - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká monostabilního věntilu pro progresivní prudkého vypuštění plynu obsaženého v zásobníku.

Dosavadní stav techniky

39- 2X33 zatížení a kontrolu

Pro usnadnění průtoku granulované hmoty a/nebo pro zamezení tvorby ztuhlých shluků, například v pecích pro výrobu cementu, se používá zařízení známých jako vzduchová děla.

Toto zařízení obsahuje zásobník, v němž se pod tlakem hromadí objem vzduchu, a tento vzduch je pak periodicky nucené uvolňován, například tryskou, tak, aby vzniklý výbuch odstranil případné shluky.

Aby bylo umožněno jednak hromadění vzduchu v zásobníku a za druhé toto prudké vypuštění, je mezi zásobníkem a tryskou upraven monostabilní ventil, který řídí průchod vzduchu ze zdroje do zásobníku a ze zásobníku do trysky nebo jiného prostředku.

Tento monostabilní ventil obvykle obsahuje:

- těleso vymezující komoru, opatřenou jednak vstupním vedením napojeným na zásobník a jednak výpustním otvorem směrem k výstupnímu vedení,

- píst umístěný v uvedené komoře, pohybující se mezi uzavřenou polohou, v níž přední plocha tohoto pístu uzavírá výpustní otvor, a otevřenou polohou, v níž je tato přední plocha odchýlena od výpustního otvoru tak, že vzduch ze zásobníku se může prudce vyprázdnit výstupním vedením, přičemž tento píst . je jednak opatřen nákružkem, rozdělujícím komoru na přední a zadní komoru, jejíž plocha, označovaná jako „přední plocha“, obrácená směrem k přední části pístu a k výpustnímu otvoru, je vystavena tlaku vzduchu uzavřeného v zásobníku, kterýžto tlak vyvíjí otevírací sílu, která má tendenci nutit píst ustupovat a uvést ho do otevřené polohy, • 0 00*0 • · · 0 0 · · 0 0 0 0 • · · 0 · · 9 0 0 0 • 0 0 · 0 00« 0 000 000

0 0 0 0 0 0 « • 000 00 00 «· 00 * 0 . a jednak vymezuje mezi svou zadní plochou a tělesem ventilu uvedenou zadní komoru, v níž působí tlak, vyvozující na zadní plochu pístu uzavírací sílu, která tlačí píst do uzavřené polohy, přičemž uzavírací síla má v podstatě stejný modul, avšak opačný smysl než otevírací síla, a

- prostředek pro prudké snížení tlaku v zadní komoře a tím vyvolání prudkého ústupu pístu.

Účinnost těchto vzduchových děl závisí ovšem zejména na objemu zásobníku a na tlaku vzduchu, v něm obsaženého, ale stejně tak na rychlosti spojení zásobníku s výstupním vedením a na tlakové ztrátě.

Je například znám ventil (FR-A-2.660.395), jehož píst má miskovitý tvar, umožňující snížit hmotnost, a tudíž setrvačnost pístu, což umožňuje značně zlepšit rychlost zpětného chodu tohoto pístu.

Vydutí této misky kromě toho umožňuje umístit v ní posuvný díl o malém průřezu, tvořící prostředek vedeni pístu a umožňující tak zmenšit délku pístu oproti běžnému pístu.

Pro prudké snížení tlaku v zadní komoře musí být vzduch z této komory vypuštěn rychle.

Jako pokus toho dosáhnout je znám ventil (FR-A-2.712.639), který je tvořen:

- hlavním uzávěrem, umístěným na vypouštěcím vedení, spojujícím zadní komoru s výstupním vedením, který je pohyblivý mezi uzavírací polohou a únikovou polohou, přičemž tento uzávěr je namáhán:

. jednak směrem ke své únikové poloze tlakem, který panuje v uvedené zadní komoře a vyvíjí na přední plochu tohoto uzávěru únikovou sílu, a . jednak směrem ke své uzavírací poloze tlakem plynu, který je obsažen v řídicí komoře a vyvíjí na zadní plochu uzávěru uzavírací sílu, přidržující uzávěr na místě, a

- prostředky pro navrácení pístu a hlavního uzávěru do uzavřené, resp. uzavírací polohy.

φ φ φ φ • · · ·

ΦΦ φφφ» • · φφφφ φφ φ φ · · φφφ φ φφφ φ

Κ tomuto ventilu je připojen zdroj plynu pod tlakem a zásobuje řídicí komoru, která zásobuje zadní komoru zásobovacím kanálem o malém průřezu, a tato zadní komora zásobuje zásobník kontrolovaným tokem.

Během plnění zásobníku je tedy jak píst, tak uzávěr přitlačován na své místo zásobovacím tlakem.

Mezi zdrojem tlakového plynu a ventilem je umístěn rozváděč.

Pro vyvolání pohybu pístu se přeruší zásobování stlačeným plynem a pak se pomocí uvedeného rozváděče řídicí komora alespoň nepřímo spojí s atmosférou tak, že s rychlým poklesem tlaku se otevírá uzávěr a uniká plyn obsažený v zadní komoře.

Tento pokles tlaku v zadní komoře umožňuje, že píst se pohybuje zpět, aby vytvořil spojení mezi zásobníkem a výstupním vedením.

Toto pořadí operací umožňuje s relativně malým řídicím tlakem uvolnit značně velký objem vzduchu.

Dráha, jíž uniká plyn, je klikatá a bohužel vyvolává značnou tlakovou ztrátu.

V příkladu (FR-A-2.660.395) má vstupní vedení, které spojuje zásobník s ventilem, konstantní průměr, mírně menší než je délka pístu, proti jehož boční stěně toto vstupní vedení ústí.

Tato konstantní hodnota průměru snižuje tlakové ztráty tekutiny, která proudí ze zásobníku do výstupního vedení.

Je rovněž znám ventil (US-4.201.362), jehož otevírání je ovládáno pohybem dvou uzávěrů.

Tento ventil je opatřen:

- druhým řídicím uzávěrem na řídicím vedení, které spojuje řídicí komoru alespoň nepřímo s atmosférou, pohyblivým mezi přerušovací polohou, v níž plyn, obsažený v řídicí komoře, nemůže unikat, a vyprazdňovací polohou, v níž plyn, obsažený v řídicí komoře, unikat může,

- pohonným prostředkem pro rychlé přemístění řídicího uzávěru do vyprazdňovací polohy a

- prostředkem pro opětné dosednutí řídicího uzávěru do přerušovací polohy.

• · · ·

V tomto systému postupného ovládání lze rychlost zpětného pohybu pístu dále zlepšit a tudíž dosáhnout lepší účinnosti.

Podstata vynálezu

Za tím účelem je předmětem vynálezu ventil popsaného typu, jehož podstata spočívá v tom, že:

- plocha definovaná kolmým řezem vyprazdňovacího vedení je alespoň konstantní až rostoucí od zadní komory k výstupnímu vedení pro omezení tlakové ztráty a

- hlavní uzávěr má nízkou setrvačnost.

Vynález je blíže popsán v dalším textu formou neomezujícího příkladu s odkazem na připojený výkres.

Přehled obrázku na výkrese

Obrázek schematicky znázorňuje svislý řez monostabilním ventilem podle vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Z obrázku je patrné, že monostabilní ventil je tvořen:

- tělesem 2, vymezujícím komoru 3, opatřenou jednak vstupním vedením 4 spojeným se zásobníkem a jednak vyprazdňovacím otvorem 5 směrem k výstupnímu vedení 6,

- pístem 7, umístěným v komoře 3, pohybujícím se mezi uzavřenou polohou, v níž přední plocha 7A pístu 7 uzavírá vypouštěcí otvor, a otevřenou polohou, v níž je tato přední plocha od vypouštěcího otvoru odchýlena, takže vzduch ze zásobníku může prudce uniknout výstupním vedením, přičemž tento píst . je jednak opatřen nákružkem 8, rozdělujícím komoru 3 na přední komoru a zadní komoru 9, jejíž plocha 8A, označovaná jako „přední plocha“, obrácená směrem k přední části pístu a k výpustnímu otvoru, je vystavena tlaku vzduchu • · *··· ·*···· ··· ··· $qr-nQ uzavřeného v zásobníku, kterýžto tlak vyvíjí otevírací sílu, která má tendenci nutit píst ustupovat a uvést ho do otevřené polohy, . a jednak vymezuje mezi svou zadní plochou 8B a tělesem ventilu zadní komoru 2, v níž působí tlak, vyvozující na zadní část pístu uzavírací sílu, která tlačí píst do uzavřené polohy, přičemž uzavírací síla má v podstatě stejný modul, avšak opačný smysl než otevírací síla, a

- prostředkem 10 pro prudké snížení tlaku v zadní komoře a tím vyvolání prudkého zpětného chodu pístu.

Pro prudké snížení tlaku v zadní komoře je ventil obvykle dále opatřen:

- hlavním uzávěrem 12, umístěným na vyprazdňovacím vedení H, spojujícím zadní komoru 2 s výstupním vedením 6, který je pohyblivý mezi uzavírací polohou a únikovou polohou, přičemž tento uzávěr je namáhán:

. jednak směrem ke své únikové poloze tlakem, který panuje v uvedené zadní komoře a vyvíjí na přední plochu tohoto uzávěru únikovou sílu, a . jednak směrem ke své uzavírací poloze tlakem plynu, který je obsažen v řídicí komoře 13 a vyvíjí na zadní plochu uzávěru uzavírací sílu, přidržující uzávěr na místě, a

- prostředky 14,15 pro navrácení pístu a hlavního uzávěru do uzavřené, resp. uzavírací polohy.

Zásobování zásobníku se provádí zaváděním plynu pod tlakem, pocházejícího z vnějšího zdroje S, přímo do zadní komory 9 pod kontrolou rozdělovače 16, který komunikuje se zásobníkem kontrolovaným tokem na úrovni rozpětí těsnosti nákružku pístu.

Ventil je tvořen:

- druhým řídicím uzávěrem 18 na řídicím vedení 17, které spojuje řídicí komoru alespoň nepřímo s atmosférou, pohyblivým mezi přerušovací polohou, v níž plyn, obsažený v řídicí komoře 13, nemůže unikat, a vyprazdňovací polohou, v níž plyn, obsažený v řídicí komoře, unikat může,

- pohonným prostředkem 12 pro rychlé přemístění řídicího uzávěru do vyprazdňovací polohy a

9 9 9 9 ··· · ··· 999

99999 9 9 9

9999 9 9 99 99 99 99

- prostředkem 20 pro opětné dosednutí řídicího uzávěru do přerušovací polohy.

Podle vynálezu spočívá podstata ventilu v tom, že:

- plocha definovaná kolmým řezem vyprazdňovacího vedení H je alespoň konstantní až rostoucí od zadní komory 9 k výstupnímu vedení 6 pro omezení tlakové ztráty a

- hlavní uzávěr 12 má nízkou setrvačnost.

Řídicí komora 12. má malý objem a komunikuje se zadní komorou přes otvor 21 o malém průřezu tak, že zadní komora a řídicí komora jsou pod stejným tlakem.

Výhodně má úsek HA vyprazdňovacího vedení před hlavním uzávěrem, nazývaný přední úsek, průřez tvaru srpku, umístěný kolem zadního úseku 11B tohoto vyprazdňovacího vedení, které samo o sobě má průřez v podstatě kruhový, přičemž průřezy těchto dvou úseků mají jinak identickou plochu.

Hlavní uzávěr 12 je membránový uzávěr, tvořený například tuhou centrální zónou, tvořící aktivní část uzávěru, a pružnou obvodovou zónou pro polohování uzávěru.

Je možno použít kovovou membránu.

Tato obvodová zóna je alespoň zčásti vystavena tlaku plynu obsaženého v zadní komoře.

Přední úsek vyprazdňovacího vedení je umístěn za zadní komorou a zadní úsek probíhá po boku komory, v níž je uložen píst.

V membráně je upraven otvor 21. umožňující zavádění plynu do řídicí komory.

Užití takovéhoto uzávěru umožňuje používat velkých průřezů průchodu a přitom uplatnit součást o nízké hmotnosti, což podporuje rychlost, a se sníženým zdvihem.

Řídicí uzávěr je tvořen například malým pístem, který se pohybuje účinkem magnetického pole, vyvolaného elektromagnetem.

Únik plynu, obsaženého v řídicí komoře, probíhá výhodně v zadním úseku 11B vyprazdňovacího vedení, takže hluk vznikající během úniku plynu je směrován například do pece a nikoli do okolního prostoru, což by obtěžovalo personál.

• · · · · ··· * ··· ··· ····· · · · • · * · ·· ·· ·· ··

Vstupní vedení 4, spojující zásobník s tělesem ventilu, v němž je uložen píst, má výhodně po celé své délce průřez konstantní plochy, ale geometrie proměnlivé podle polohy podél podélné osy vedení, takže na úrovni spojení mezi vedením a tělesem ventilu je tento kolmý průřez v podstatě eliptický s menším rozměrem elipsy orientovaným rovnoběžně s osou pohybu pístu.

Tím je možno píst podstatně zkrátit na hodnotu kratší osy elipsy, a tak snížit jeho zdvih, aniž by to jakkoli vedlo k tlakové ztrátě.

Výhoda tohoto provedení vyplývá rovněž z uspořádání součástí ventilu.

Zavádění plynu pocházejícího ze zdroje, probíhá totiž přímo za píst 7 a nikoli, jak bývá obvyklé, kontrolovaným tokem.

Zlepšuje to udržování pístu na místě během plnění.

Dalším zajímavým aspektem je skutečnost, že součást, která nese prostředek vedení pístu a která s tělesem ventilu vymezuje komoru, obsahuje klapku, která umožňuje zavádění vzduchu a má na své zadní ploše řídicí ventil.

Tento typ zařízení umožňuje snadnou výměnu různých prvků bez nutnosti většího počtu demontážních a montážních operací.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Monostabilní ventil pro kontrolu prudkého vypuštění plynu obsaženého v zásobníku, tvořený:

   - tělesem (2), vymezujícím komoru (3), opatřenou jednak vstupním vedením (4) spojeným se zásobníkem a jednak vyprazdňovacím otvorem (5) směrem k výstupnímu vedení (6),

   - pístem (7), umístěným v komoře (3), pohybujícím se mezi uzavřenou polohou, v níž přední plocha (7A) pístu (7) uzavírá vypouštěcí otvor, a otevřenou polohou, v níž je tato přední plocha od vypouštěcího otvoru odchýlena, takže vzduch ze zásobníku může prudce uniknout výstupním vedením, přičemž tento píst . je jednak opatřen nákružkem (8), rozdělujícím komoru (3) na přední komoru a zadní komoru (9), jejíž plocha (8A), označovaná jako „přední plocha“, obrácená směrem k přední části pístu a k výpustnímu otvoru, je vystavena tlaku vzduchu uzavřeného v zásobníku, kterýžto tlak vyvíjí otevírací sílu, která má tendenci nutit píst ustupovat a uvést ho do otevřené polohy, . a jednak vymezuje mezi svou zadní plochou (8B) a tělesem ventilu uvedenou zadní komoru (9), v níž působí tlak, vyvozující na zadní část pístu uzavírací sílu, která tlačí píst do uzavřené polohy, přičemž uzavírací síla má v podstatě stejný modul, avšak opačný smysl než otevírací síla, pro prudké snížení tlaku v zadní komoře dále tvořený:

   hlavním uzávěrem (12), umístěným na vyprazdňovacím vedení (11), spojujícím zadní komoru (9) s výstupním vedením (6), který je pohyblivý mezi uzavírací polohou a únikovou polohou, přičemž tento uzávěr je namáhán:

   . jednak směrem ke své únikové poloze tlakem, který panuje v uvedené zadní komoře a vyvíjí na přední plochu tohoto uzávěru únikovou sílu, a . jednak směrem ke své uzavírací poloze tlakem plynu, který je obsažen v řídicí komoře (13) a vyvíjí na zadní plochu uzávěru uzavírací sílu, přidržující uzávěr na místě, a

   49 4 44 4

   4 9 4 4 4 4 9 · · * · • 4 4 9 4 4 4 9 4 9

   9 949 4 4449 949 444

   4 4 4 4 4 9 4 · • 0· · «· · · 4 4 4 9 9 4

   - prostředky (14, 15) pro navrácení pístu a hlavního uzávěru do uzavřené, resp. uzavírací polohy, dále tvořený:

   - druhým řídicím uzávěrem (18) ná řídicím vedení (17), které spojuje řídicí komoru alespoň nepřímo s atmosférou, pohyblivým mezi přerušovací polohou, v níž plyn, obsažený v řídicí komoře (13), nemůže unikat, a vyprazdňovací polohou, v níž plyn, obsažený v řídicí komoře, unikat může,

   - pohonným prostředkem (19) pro rychlé přemístění řídicího uzávěru do vyprazdňovací polohy a

   - prostředkem (20) pro opětné dosednutí řídicího uzávěru do přerušovací polohy, vyznačující se tím, že:

   - plocha definovaná kolmým řezem vyprazdňovacího vedení (11) je alespoň konstantní až rostoucí od zadní komory (9) k výstupnímu vedení (6) pro omezení tlakové ztráty a

   - hlavní uzávěr (12) má nízkou setrvačnost.
2. 2. Ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že úsek (11 A) vyprazdňovacího vedení před hlavním uzávěrem, nazývaný přední úsek, má průřez tvaru srpku, umístěný kolem zadního úseku (11B) tohoto vyprazdňovacího vedení, které samo o sobě má průřez v podstatě kruhový, přičemž průřezy těchto dvou úseků mají jinak identickou plochu.
3. 3. Ventil podle nároku 1,vyznačující se tím, že hlavní uzávěr (12) je uzávěr membránového typu, tvořený tuhou centrální zónou, tvořící aktivní část uzávěru, a pružnou obvodovou zónou pro polohování uzávěru.
4. 4. Ventil podle nároku 3, vyznačující se tím, že v membráně je upraven otvor (21), umožňující zavádění plynu do řídicí komory.

   ft β · · · · • · · · · · · · · · • · · «· · · · ·
5. 5. Ventil podle nároku 1,vyznačující se tím, že řídicí uzávěr je tvořen malým pístem, který se pohybuje účinkem magnetického pole, vyvolaného elektromagnetem.
6. 6. Ventil podle nároku 6, vyznačující se tím, že únik plynu, obsaženého v řídicí komoře, probíhá v zadním úseku (11B) vyprazdňovacího vedení.
7. 7. ventil podle nároku 1,vyznačující se tím, že vstupní vedení (4), spojující zásobník s tělesem ventilu, v němž je uložen píst, má po celé své délce průřez konstantní plochy, ale geometrie proměnlivé podle polohy podél podélné osy vedení, takže na úrovni spojení mezi vedením a tělesem ventilu je tento kolmý průřez v podstatě eliptický s menším rozměrem elipsy orientovaným rovnoběžně s osou pohybu pístu.