DE3601712A1 - DEVICE FOR CONTROLLING UNWANTED MOVEMENTS AND DISPLACEMENTS - Google Patents
DEVICE FOR CONTROLLING UNWANTED MOVEMENTS AND DISPLACEMENTSInfo
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Description
1869.9/UO/p * 20.1 .19861869.9 / UO / p * 20.1. 1986
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kontrolle unerwünschter Bewegungen oder Auslenkungen.The invention relates to a device for controlling undesired Movements or deflections.
' . Sicherheits- oder Regelventile weisen häufig ein unstabiles, oszillatorisches Verhalten ("Flattern") auf, welches mit Dämpfungseinrichtungen beherrscht (kontrolliert) werden muß. Dies ist jedoch nur ein Gebiet, wo die Kontrolle von Schwingungen und anderen unerwünschten Bewegungen einschließlich äußerer Beschleunigungen und Auslenkungen in mechanischen oder hydraulischen Vorrichtungen erforderlich ist.'. Safety or control valves often show an unstable, oscillatory behavior ("flutter"), which can be mastered (controlled) with damping devices got to. However, this is only one area where control is from Vibrations and other undesirable movements including external accelerations and deflections in mechanical or hydraulic devices is required.
Ventilflattern kann durch mehrere Ursachen hervorgerufen werden (vergl. "Valve Selection Handbook" von R. W. Zappe, Seite 177). Es stellt auch heute noch ein Problem dar. Die gegenwärtige Praxis geht dahin, die Möglichkeit des Flatterns dadurch zu verringern zu suchen, daß die Eigenschaften des Systemes verändert werden; weniger werden Ventile verwendet, die so gebaut sind, daß das Problem reduziert ist.Valve flutter can be caused by several causes (see "Valve Selection Handbook" by R. W. Zappe, Page 177). It still poses a problem today. Current practice is the possibility of flutter seek to reduce it by changing the properties of the system; valves become less which are designed to reduce the problem.
Der Erfinder kennt nur zwei Vorschläge für angeblich "flatterfreie" Ventile. Beide gehen von der Theorie aus, daß eine Reibung an der Ventilstange die Wahrscheinlichkeit unerwünschter Bewegungen der Stange verringert. Bei einem bekannten Ventil wird der Ventilstange durch eine elastomere Dichtung Reibung vermittelt, welche unter dem Druck des Strömungsmittels im Ventilgehäuse steht. Beim anderen bekannten Ventil wird der Ventilstange die Reibung mittels eines Reibkragens auferlegt, der von einer vorgespannten Feder beaufschlagt wird. Beide Anordnungen haben die erheblichen Nachteile, daß ein Verschleiß stattfindet, was zu Veränderungen in den Widerstandseigenschaften führt und Wartungsaufwand erforderlich macht, und daß die Ventil-The inventor knows only two proposals for supposedly "flutter-free" Valves. Both start from the theory that friction on the valve rod is the most likely reduces unwanted movements of the rod. In a known valve, the valve rod is through an elastomer Seal provides friction, which is under the pressure of the fluid in the valve housing. With the other known valve, the valve rod is subjected to friction by means of a friction collar, which is pretensioned by a Spring is applied. Both arrangements have the significant disadvantages that wear and tear takes place leads to changes in the resistance properties and requires maintenance, and that the valve
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stange bzw. das Reibelement durch Fremdmaterial verunreinigt wird. Beide bekannte Ventile sind somit als Einrichtungen,
mit denen ein Flattern verhindert werden soll, ungeeignet.
5rod or the friction element is contaminated by foreign material. Both known valves are therefore unsuitable as devices with which fluttering is to be prevented.
5
Der Erfinder hat Zweifel, daß die erwähnte Theorie in der Praxis funktioniert. Er kennt keine kommerzielle Anwendung des zuerst erwähnten Ventiles. Das zweite Ventil wurde zwar kommerziell vertrieben; es hat sich jedoch bei der Verhinderung von Ventilflattern nicht als erfolgreich herausgestellt. The inventor doubts that the aforementioned theory works in practice. It has no commercial application of the first mentioned valve. The second valve was sold commercially; However, it has proven itself in preventing not found successful by valve flutter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, mit der verläßlich unerwünschte Bewegungen in mechanischen oder hydraulischen Einrichtungen reduziert werden können.The object of the present invention is to provide a device with which reliably undesired movements in mechanical or hydraulic facilities can be reduced.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .This object is achieved by the invention described in the characterizing part of the main claim; advantageous further training of the invention are specified in the subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung führt eine äußere Kraft bzw. Bewegung dazu, daß Strömungsmittel von einer Kammer zu anderen fließt. Die Druckdifferenz zwischen den Kammern widersetzt sich der äußeren Kraft bzw. Bewegung. Der charakteristische Widerstand dieser Einrichtung kann dadurch modifiziert werden, daß die Abmessungen der Kammern oder die Abmessungen des verbindenden Strömungsmittelweges zwischen den Kammern verändert werden. Alternativ kann der charakteristische Widerstand dadurch modifiziert werden, daß die Eigenschaften des Strömungsmittels verändert werden. Beispielsweise verändert eine andere Strömungsmitteldichte, -viskosität und -kompressibilität den charakteristi- sehen Widerstand gegenüber äußeren Beschleunigungen, Ge-In the device according to the invention, an external force or movement causes fluid to flow from a chamber flows to others. The pressure difference between the chambers opposes the external force or movement. Of the characteristic resistance of this device can be modified by changing the dimensions of the chambers or the dimensions of the connecting fluid path between the chambers can be changed. Alternatively, the characteristic resistance can be modified by changing the properties of the fluid. For example, a different fluid density, viscosity and compressibility changes the characteristic see resistance to external accelerations,
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schwindigkeiten und Auslenkungen.speeds and deflections.
Die Kammern sind vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch; die Seitenwände sind in Axialrichtung flexibel und in der Umfangsrichtung im wesentlichen nicht flexibel. Aufgrund der Inflexibilität in Umfangsrichtung der Seitenwände führt eine axiale Ausdehnung bzw. Kompression der Kammern zu einer Veränderung des eingeschlossenen Volumens; diese wiederum führt zu einer Verdrängung eines äquivalenten Strömungsmittelvolumens aus einer Kammer in die andere.The chambers are preferably substantially cylindrical; the side walls are flexible in the axial direction and in the The circumferential direction is essentially inflexible. Due to the inflexibility in the circumferential direction of the side walls leads an axial expansion or compression of the chambers to a change in the enclosed volume; this in turn leads to a displacement of an equivalent volume of fluid from one chamber to the other.
Die Seitenwände der Kammern können die Form gewellter Bälge aus Edelstahl oder einem anderen korrosionsfesten Material mit der erforderlichen mechanischen Stabilität aufweisen. Die Eigenschaften der Bälge werden hauptsächlich durch die äußere Kraft, die an die Einrichtung angelegt werden soll, die maximale und minimale erwartete axiale Wandauslenkung, den maximalen und minimalen erwarteten Druck in den Kammern, die Anzahl erwarteter Druck- und Auslenkungszyklen sowie die Art des Strömungsmittels, welches verwendet werden soll, bestimmt. The side walls of the chambers can be in the form of corrugated bellows made of stainless steel or other corrosion-resistant material have the required mechanical stability. The properties of the bellows are mainly determined by the external force to be applied to the device, the maximum and minimum expected axial wall deflection, the maximum and minimum expected pressure in the chambers, the number of expected pressure and deflection cycles and the The type of fluid to be used is determined.
l~) Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen 25 l ~) Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing; show it 25
Figuren 1 bis 3: verschiedene Dämpferkonfigurationen;Figures 1 to 3: different damper configurations;
Figur 4: eine bevorzugte Konfiguration, die an der Ventilstange eines typischen Sicherheitsventils befestigt ist;Figure 4: a preferred configuration attached to the valve stem a typical safety valve is attached;
Figur 5: eine weitere bevorzugte Dämpferkonfiguration.Figure 5: another preferred damper configuration.
Zunächst wird auf die Dämpferkonfiguration Bezug genommen, die schematisch in Figur 1 dargestellt ist. Der DämpferFirst, reference is made to the damper configuration, which is shown schematically in FIG. The damper
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enthält ein spulenähnliches Teil 1, an dem eine Endwand 2, eine mittlere Spindel 3 und eine Endwand 4 ausgebildet sind. Eine gemeinsame, mittlere Endwand 5 befindet sich verschiebbar auf der Spindel 3; die Endwände 2 und 4 sowie die mittlere Endwand 5 sind jeweils durch Seitenwände 6 und 7 miteinander verbunden, wodurch geschlossene Kammern 8 und 9 gebildet werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Seitenwände 6 und 7 jeweils die Form gewellter Bälge aus Edelstahl oder einer anderen geeigneten Einrichtung, die in axialer Richtung flexibel aber in Umfangsrichtung im wesentlichen starr ist. Die gemeinsame, mittlere Endwand 5 weist zwei Strömungsmittelwege 10 und 11 auf, so daß Strömungsmittel (z.B. Mineralöl), welches sich in den Kammern 8 und 9 befindet, zwischen diesen Kammern fließen kann.includes a coil-like part 1 on which an end wall 2, a central spindle 3 and an end wall 4 are formed. A common, middle end wall 5 is slidable on the spindle 3; the end walls 2 and 4 and the middle one End wall 5 are connected to one another by side walls 6 and 7, respectively, creating closed chambers 8 and 9 are formed. In the illustrated embodiment, the side walls 6 and 7 each have a corrugated shape Bellows made of stainless steel or another suitable device that is flexible in the axial direction but in the circumferential direction is essentially rigid. The common, middle end wall 5 has two fluid paths 10 and 11, so that Fluid (e.g. mineral oil), which is located in chambers 8 and 9, can flow between these chambers.
Eine äußere Kraft oder Bewegung, welche durch die Pfeile angedeutet ist und auf die mittlere Endwand 5 ausgeübt wird, ruft eine Bewegung dieser Wand 5 in einer der beiden Richtungen hervor. Das Strömungsmittel, welches sich innerhalb einer der Kammern 8 und 9 befindet, wird zur entgegengesetzten Kammer verdrängt. Die sich ergebende Druckdifferenz zwischen den Kammern 8 und 9 widersetzt sich der äußeren Kraft bzw. Bewegung.An external force or movement indicated by the arrows and is exerted on the middle end wall 5, this wall 5 causes movement in one of the two directions emerged. The fluid which is within one of the chambers 8 and 9 becomes the opposite one Chamber displaced. The resulting pressure difference between the chambers 8 and 9 opposes the outer one Force or movement.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Dämpfer trägt eine gemeinsame Endwand 12 einen aufrecht stehenden Pfosten 13. Dieser trägt seinerseits gelenkig einen Hebel 21, an welchem Endwände und 15 gelenkig befestigt sind. Seitenwände 16 und 17 liegen zwischen den Endwänden 14 bzw. 15 und der gemeinsamen Endwand 12. Hierdurch werden Kammern 18 und 19 gebildet. Die gemeinsame Endwand 12 weist einen Strömungsmittelweg auf, der sich in beide Kammern 18 und 19 öffnet. Eine äußere Kraft oder Bewegung, die durch die Pfeile angedeutet ist und an den angelenkten Hebel 21 angelegt wird, führt dazu, daß das Strömungsmittel in einer der Kammern 18 bzw. 19 zur jeweils anderen Kammer verdrängt wird. Wiederum widersetztIn the damper shown in Figure 2, a common end wall 12 carries an upright post 13. This carries in turn articulated a lever 21 to which end walls 15 and 15 are articulated. Side walls 16 and 17 are between the end walls 14 and 15 and the common End wall 12. This creates chambers 18 and 19. The common end wall 12 has a fluid path that opens into both chambers 18 and 19. An outer one Force or movement, which is indicated by the arrows and is applied to the articulated lever 21, leads to the fact that the fluid in one of the chambers 18 or 19 is displaced to the other chamber. Again opposes
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sich die sich ergebende Druckdifferenz zwischen den Kammern 18 und 19 der äußeren Kraft bzw. Bewegung.the resulting pressure difference between the chambers 18 and 19 of the external force and movement, respectively.
Bei dem in Figur 3 gezeigten Dämpfer sind die Endwände 22 und 2 3 durch eine Leitung 24 miteinander verbunden. Endwände 25 und 26 sind über Seitenwände 27 und 28 mit den Endwänden 22 und 23 verbunden, wodurch Kammern 29 und 30 gebildet werden. Eine äußere Kraft, die durch die Pfeile angedeutet ist und an eine der Endwände 26 gelegt wird, führt zu einer Verdrängung des Strömungsmittels aus einer Kammer bzw. 30 in die jeweils andere Kammer, wie dies auch bei den vorigen Ausführungsbeispielen der Fall war.In the damper shown in FIG. 3, the end walls 22 and 23 are connected to one another by a line 24. End walls 25 and 26 are connected to the end walls 22 and 23 via side walls 27 and 28, whereby chambers 29 and 30 are formed will. An external force, which is indicated by the arrows and is applied to one of the end walls 26, leads to a displacement of the fluid from one chamber or 30 into the other chamber, as is also the case with the previous embodiments was the case.
Aufgrund der einfachen Bauweise und aufgrund der Fähigkeit, ein Ventil zu dämpfen, wird der Dämpfer von Figur 1 vorzugsweise zu diesem Zwecke eingesetzt. Eine typische Art, den Dämpfer an ein bekanntes Sicherheitsventil anzubauen, ist in Figur 4 dargestellt. Bei dieser Anbauart ist der Dämpfer innerhalb eines Gehäuses 33 eingeschlossen. An diesem ist die gemeinsame Endwand 5 starr durch Schweißen oder dergleichen befestigt. Das Gehäuse ist seinerseits an der Oberseite eines Entlastungsventils 32 bekannter Bauart befestigt, von dem nur ein Teil in der Zeichnung dargestellt ist. Das untere Ende der Spindel 3 ist gegabelt, so daß die Spindel 3 am oberen Ende einer Ventilstange 33 des Entlastungsventils 32 befestigt werden kann. Dies kann beispielsweise mittels eines Splints, wie er dargestellt ist, geschehen. Die Endwände 2 und 4 sind an der Spindel 3 angeschweißt. Der Strömungsmittelweg 11 in der gemeinsamen Endwand 5 wird von einem Rohr gebildet, welches sich erweiternde Enden aufweist. Die gewellten Bälge 6 und 7 aus Edelstahl sind mit den Endwänden 2 und 4 sowie mit der gemeinsamen Endwand 5 durch Schweißen oder in anderer Weise dicht verbunden, wie dies der geläufigen Praxis der Hersteller von Bälgen entspricht. Eine Bewegung der Ventilstange 33, dieBecause of its simple construction and its ability to dampen a valve, the damper of Figure 1 is preferred used for this purpose. A typical way of attaching the damper to a known safety valve is shown in FIG. In this type of installation, the damper is enclosed within a housing 33. At this one is the common end wall 5 rigidly attached by welding or the like. The case, in turn, is at the top a relief valve 32 of known type attached, only a part of which is shown in the drawing. That The lower end of the spindle 3 is forked so that the spindle 3 is at the upper end of a valve rod 33 of the relief valve 32 can be attached. This can be done, for example, by means of a split pin, as shown. The end walls 2 and 4 are welded to the spindle 3. The fluid path 11 in the common end wall 5 is formed by a tube which has flared ends. The corrugated bellows 6 and 7 made of stainless steel are tightly connected to the end walls 2 and 4 and to the common end wall 5 by welding or in some other way, as is common practice among manufacturers of bellows. A movement of the valve rod 33, the
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durch die Funktion des Sicherheitsventiles 32 hervorgerufen wird, führt zu einer Verschiebung der Endwände 2 und 4 relativ zur gemeinsamen Endwand 5. Hierbei wird Strömungsmittel aus einer der Kammern 8 bzw. 9 in die jeweils andere Kammer verdrängt, was die Bewegung der Ventilstange 33 dämpft.caused by the function of the safety valve 32 leads to a displacement of the end walls 2 and 4 relative to the common end wall 5. Here, fluid displaced from one of the chambers 8 or 9 into the other chamber, which dampens the movement of the valve rod 33.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Bälge 6 und 7 vorzugsweise nach den Normen der "Exapansion Joint Manufacturers Assocation of the United States of America" gebaut, so daß sie den erforderlichen Drucken und Auslenkungen entsprechen. Als Beispiel sei von einem Ventil mit einer Öffnungsgröße "J" und einem Ansprechdruck von 1,0 MPa und einem 10 %-Schließen ausgegangen, welches sich auf einem Behälter mit 10 m3 befindet, der Luft bei 20° C enthält.In the illustrated embodiment, the bellows 6 and 7 are preferably built according to the standards of the "Expansion Joint Manufacturers Association of the United States of America" so that they correspond to the required pressures and deflections. As an example, assume a valve with an opening size "J" and a response pressure of 1.0 MPa and a 10% closure, which is located on a container with 10 m 3 that contains air at 20 ° C.
7 -1s Dann wird eine Dämpfung in der Größenordnung von 10 Nm benötigt, wenn ein Flattern des Ventiles verhindert werden soll. Diese Anordnung besitzt eine Auslenkung von 5 mm sowie einen Druckbereich von 100 KPa, wobei die Wände für 10 kombinierte Druck- und Auslenkungszyklen ausgelegt sind.7 -1s Then there is a damping of the order of 10 Nm required if a fluttering of the valve is to be prevented. This arrangement has a deflection of 5 mm as well a pressure range of 100 KPa, whereby the walls are designed for 10 combined pressure and deflection cycles.
Der Durchmesser der öffnung 11 in der gemeinsamen Endwand 5 sollte nicht mehr als 0,1 ram größer als der Durchmesser der Stange C sein. Der Strömungsmittelweg zwischen den Kammern wird bei diesem Ausführungsbeispiel von einem Rohr gebildet, welches ungefähr einen Innendurchmesser von 3,5 mm und eine Länge von 50 mm besitzt, wobei sich die Enden, wie gezeigt, erweitern. Das verwendete Strömungsmittel ist vorzugsweise ein Mineralöl mit einer dynamischen Viskosität von 0,16Ns . Bei einem Ventil, welches die oben angegebenen Kennwerte besitzt, sollten die Endwände 2 und 4 ungefähr 80 mm Durchmesser aufweisen; die Länge der Bälge 6 und 7 sollte ungefähr 93,5 mm betragen. Bei allen Materialien wird vorzugsweise Edelstahl Nr. 316 eingesetzt.The diameter of the opening 11 in the common end wall 5 should not be more than 0.1 ram larger than the diameter of rod C. The fluid path between the chambers is formed in this embodiment by a tube which has an inner diameter of approximately 3.5 mm and has a length of 50 mm with the ends widening as shown. The fluid used is preferred a mineral oil with a dynamic viscosity of 0.16Ns. In the case of a valve which has the above Has characteristics, the end walls 2 and 4 should be approximately 80 mm in diameter; the length of the bellows 6 and 7 should be approximately 93.5 mm. 316 stainless steel is preferred for all materials.
Nunmehr wird auf Figur 5 Bezug genommen. Anhand dieser wirdReference is now made to FIG. Based on this will
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AdAd
ein bevorzugter Dämpfer der Art, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, näher beschrieben. Bei dieser Anordnung wird ein externer Strömungsmittelweg von einem Rohr 40 gebildet, welches an Fittings befestigt ist. Diese öffnen sich durch die Endwände 41 und 42. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen liegen gewellte Diaphragmen 43, 44 zwischen den Endwänden 41 und 42 sowie einer gemeinsamen Endwand 45. Eine Befestigungsöse 46 ist an der Endwand 41 festgemacht; eine offene Befestigungsöse 47 ist an der gemeinsamen Endwand 45 befestigt. Eine Abstandsplatte 49 hält einen bestimmten Abstand zwischen den Endwänden 41 und 42 aufrecht, so daß die gemeinsame Endwand 45 durch die Befestigungsöse 47 hindurchbewegt wird, wenn sie die Bewegungen des Elementes dämpft, an dem die Befestigungsöse 47 befestigt ist. Ein entfernbarer Strömungsmittelwiderstand 48 liegt in dem Rohr 40; durch ihn können die Dämpfungseigenschaften der Einrichtung variiert werden.a preferred damper of the type shown in FIG is described in more detail. In this arrangement, an external fluid path is defined by a tube 40, which is attached to fittings. These open through the end walls 41 and 42. As in the previously described embodiments are corrugated diaphragms 43, 44 between the end walls 41 and 42 and a common end wall 45. A fastening eyelet 46 is attached to the end wall 41; an open eyelet 47 is on the common End wall 45 attached. A spacer plate 49 maintains a certain distance between the end walls 41 and 42 upright, so that the common end wall 45 is moved through the fastening eyelet 47 when it moves of the element to which the fastening eyelet 47 is attached. A removable fluid resistor 48 lies in tube 40; through it, the damping properties of the device can be varied.
Der beschriebene Dämpfer weist die folgenden Vorteil auf: 20The damper described has the following advantages: 20
a) Es gibt keine mechanischen Dichtungen.a) There are no mechanical seals.
b) Es gibt keine Leckwege für das Strömungsmittel. Daher tritt kein Verlust an Strömungsmittel auf; eine Verschmutzung der äußeren Umgebung ist nicht möglich. Umgekehrt kann die Umgebung das Strömungsmittel nicht verunreinigen. Der beschriebene Dämpfer ist daher auch in einer Umgebung geeignet, die sonst empfindlich ist oder zu sich verschlechternden Ergebnisse führt.b) There are no leak paths for the fluid. Therefore, there is no loss of fluid; a pollution the external environment is not possible. Conversely, the environment cannot contaminate the fluid. The damper described is therefore also suitable in an environment that is otherwise sensitive or leads to deteriorating results.
c) Zwischen beweglichen Teilen brauchtkeine Berührung stattzufinden. Daher ist der Verschleiß minimal; ein Wartungsaufwand tritt nicht auf. c) There need be no contact between moving parts. Therefore wear is minimal; there is no maintenance effort.
d) Der minimale Verschleiß führt zu einer langen Lebensdauerd) The minimal wear leads to a long service life
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und zu genauer Einhaltung der Widerstandcharakteristiken. e) Kein äußeres Strömungsmittelreservoir wird benötigt.and to the exact adherence to the resistance characteristics. e) No external fluid reservoir is required.
5 Die in Figur 2 dargestellte Dämpferbauweise wird gegenwärtig für das dargestellte Sicherheitsventil bevorzugt; es lassen sich jedoch auch andere Dämpferbauweisen einsetzen, welche ähnliche Resultate erzielen. Auch können die Kammern in vielen Konfigurationen angeordnet werden, die sich von den 10 in der Zeichnung gezeigten unterscheiden.5 The damper design shown in Figure 2 is currently preferred for the safety valve shown; let it however, other damper designs can also be used, which achieve similar results. The chambers in many configurations can be arranged other than the 10 shown in the drawing.
Claims (1)
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Legal Events
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