DK154984B - Reguleringsventil omfattende en membranvaeg og et centralt i membranvaeggen anbragt ventillegeme - Google Patents

Description

DK 154984 B

Opfindelsen angår en reguleringsventil af den i indledningen til krav 1 nævnte art.

Ved ventiler af denne art frembyder udformningen af membranvæggen visse problemer. Af forskellige årsager er det ofte nødvendigt, at membranvæggens diameter er betydeligt større end den del af det bevægelige ventillegeme, der er fastgjort til membranvæggen. Dette gør det vanskeligt at opnå stor styringsnøjagtighed med en sådan ventil, fordi membranvæggen skal udvise to forskellige egenskaber, nemlig mekanisk styrke og følsomhed overfor relativt små trykvari

2 DK 154984 B

ationer mellem de to kamre på hver side af membranvæggen.

Et yderligere problem opstår, hvis membranvæggen skal være i berøring med et procesfluidum, hvilket stiller krav om en hygiejnisk udformning af membranvæggen og hele membranventilen. Dette betyder, at ventilens procesfluidumside ikke må udvise rum, der er vanskeligt tilgængelige for en rensevæske. Endvidere må der praktisk talt ikke være risiko for lækage af proces- eller styrefluidum gennem de dele af membranvæggen, hvor den er fastgjort til ventilhuset og ventillegemet^ især hvis membranventilen skal anvendes inden for levnedsmiddelindustrien.

I en kendt trykstyreventil består membranvæggen af en enkelt relativt tyk membran, hvis midterdel understøtter et bevægeligt ventillegeme, der består af et organ, der er indrettet til at åbne og lukke en passage gennem ventilsædet. Der er udfoldet store anstrengelser for at tilvejebringe et specielt membranmateriale med gode styrkeegenskaber, men disse samt anvendelsen af en relativt tyk membran, der er meget dyr, har endnu ikke resulteret i tilvejebringelse af en styreventil, der kan anvendes i lang tid uden risiko for træthedsbrud i membranen. En anden ulempe ved den ken-te ventil er en utilstrækkelig dæmpning af membranens bevægelser ved store ændringer i strømmen gennem ventilen, der bevirker, at membranen "blafrer”, hvilket yderligere bidrager til at reducere membranens levetid på grund af træthedsbrud.

Set ud fra et hygiejnisk synspunkt er den kendte ventil langt fra tilfredsstillende. For at undgå brud i membranen efter blot en meget kort driftsperiode er det nødvendigt, at ventilhuset og membranvæggen frigøres fra deres indbyrdes lukkende anlæg ved en meget lille vinkel, således at ventilhuset ved visse trykforhold kan støtte en væsentlig del af membranen. De herved dannede snævre lommer mellem membranen og ventilvæggen lader sig kun yderst vanskeligt rengøre med rensevæsker.

Fra det britiske patentskrift 304 105 kendes en pumpe med en membran, som er understøttet af et antal i forhold til hinanden fleksible koncentriske ringe, der igen er støttet af radiale stave. Disse støttestave er drejeligt fikseret ved deres ydre

3 DK 154984 B

ende i et pumpehus og ved deres indre ende i en pumpestempel-mekanisme. Ved drift af pumpen glider de koncentriske ringe i friktion med hinanden og også i friktion med støttestavene. Denne kendte membran er således kompliceret og dyr og har en træg funktion.

Endvidere kendes der fra USA patentskrift 1 461 086 en membran, hvis støtteelementer ligeledes indeholder et antal koncentriske ringe, som er drejelige ved hinanden via ribber og spor langs deres omkreds. Denne kendte membran har samme træghed og ufølsomme funktion som membranen ifølge det ovennævnte britiske patentskrift.

Formålet for opfindelsen er at angive en reguleringsventil, der har en enkel udformning og er driftssikker. Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at ventilen er udformet som angivet i den kendetegnende del af krav 1. Ved denne konstruktion opnår man en membranvæg, som er ekstremt enkel, samt lave omkostninger for støtteelementerne. Eftersom disse aflaster membranen fuldstændigt, kan også denne gøres tynd og fremstilles af et billigt, elastisk materiale. Endvidere kan membranvæggen bevæge sig næsten uden modstand mellem sine to yderstillinger, da hvert eneste støtteelement kan bevæge sig frit uden friktion med de andre støtteelementer.

Opfindelsen vil blive beskrevet nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 er et tværsnit af en foretrukken udførelsesform for membranventilen ifølge opfindelsen, fig. 2 viser en foretrukken udførelsesform af støtteelementerne og den af disse dannede støtteflade, når de befinder sig i et plan, fig. 3 en tilsvarende støtteflade i en udbulet stilling, fig. 4 en foretrukken membrankonstruktion, og

4 DK 154984 B

fig. 5 et tværsnit af den i fig. 4 viste membran.

Ved den> i fig. 1 viste udførelsesform er membranvæggen fastspændt mellem et ventiliius 1 med et indløb 18 og et udløb 19 for et procesfluidum og et ventilhusdæksel 2 med en forbindelsesåbning 17 for et styrefluidum. Membranvæggen er vist i den, plane stilling, der svarer til en mellemposition for et deri ophængt, bevægeligt ventillegeme 11, 20. Membranvæggen består af. en øvre membran 6 i berøring med styrefluidummet og en nedre membran 5 i berøring med procesfluidummet, et antal støtteelementer 3, hvis støtteflade ses bedst i fig. 2, og to rundtgående, elastiske afstandsorganer 9» der udfylder mellemrummene mellem støtteelementerne og membranerne henholdsvis 5 og 6. Disse mellemrum er dannet p.g.a. fastspændingen af membranerne 5 og 6 mod hver sin side af en udvendig ring 7, der er anbragt mellem ventilhuset 1 og dækslet 2, samt mod hver sin side af en indvendig ring 8 mellem et fremspring 10 på ventillegemets stamme 11 og en mellemlægsskive 12. Til tømning og indicering af eventuel indsivning ind i rummet mellem membranerne 5 og 6 er der tilvejebragt en kanal 16 i den udvendige ring 7, og denne kanal flugter med en tilsvarende kanal 22 ved samlingen mellem ventilhuset 1 og * dækslet 2. Det bevægelige ventillegeme omfatter en del 20, som i samvirke med et ventilsæde 21 er indrettet til at åbne og spærre forbindelsen mellem indløbet 18 og udløbet 19. Samtidigt tjener delen 20 og sædet 21 som styr for det bevægelige ventillegeme * På den anden side af membranvæggen er der ligeledes tilvejebragt et styr for ventillegemet, hvilket styr består af et stempel 13, der er påskruet legemets stamme 11 og samvirker med en i dækslet 2 udformet cylinder 15. En tætningsring 14 er monteret mellem stemplet og cylinderen, og i cylindertoppen findes der en luftkanal 23. Ved hensigtsmæssig dimensionering af denne luftkanal 23 opnås· en vis dæmpning af membranvæggens bevægelse. Stemplet 13 og mellemlægsskiven 12 benyttes også til at fastgøre membranerne 5 og 6 samt den indvendige ring 8 til fremspringet 10 på ventillegemets stamme 11.

Konstruktionen af støtteelementerne 3 og den af disse dannede støtteflade 4 i den i fig. 1 viste udførelsesform ses bedst i fig. 2 og 3. Som det fremgår af disse figurer, danner hvert støt-

5 DK 154984 B

teelement 3 en støtteflade med form af en afstumpet cirkelsektor.

Af fremstillings- og driftsmæssige årsager har hvert støtteelement samme tykkelse.

Fig. 3 viser en indbyrdes stilling mellem de i fig. 2 viste støtteelementer, når membranvæggen er udbulet, dvs. når ventillegemet 11, 20 er bevæget opad eller nedad i forhold til den i fig. 1 viste position. I denne forbindelse skal det bemærkes, at den øverste endeposition for ventillegemet bestemmes af kontakten mellem stemplet 13 og toppen af cylinderen 15, medens den nederste endeposition bestemmes af anlægget mellem delen 20 og sædet 21, når udløbet 19 er fuldstændigt lukket. Eftersom støtteelementerne 3 ikke er i stand til at forlade de to riller i ringene henholdsvis 7 og 8, vil disse elementer ved enhver position af ventillegemet 11, 20 danne en stiv, cirkelformet eller let konisk støtteflade for membranen i støttesystemet, der fungerer praktisk talt uafhængigt af membranerne 5 og 6. For at de sektorformede støtteelementer kan dreje frit i rillerne i de to ringe, er kanterne ved de to ender af støtteelementerne passende afrundede.

Ved den foretrukne udførelsesform for membranventilen ifølge opfindelsen opnås stor driftssikkerhed ved, at alle de belastninger, der kunne deformere og beskadige membranerne, overføres af støtteelementerne til ventilhuset og ventillegemet.

Afstandsorganerne 9, der er monteret mellem membranerne 5 og 6 og støtteelementerne 3, er fortrinsvis fremstillet af et elastisk materiale for at samvirke med de andre dele af membranvæggen til dannelse af et kombineret dæmpesystem. Alternativt og fortrinsvis kan membraner med fremspring på den ene side være monteret i direkte kontakt med støtteelementerne gennem disse fremspring .

En sådan foretrukken membrankonstruktion er vist i fig. k og 5. Membranen 30 har en udvendig cirkelformet plan overflade 31 og en indvendig cirkelformet plan overflade 33, der fastspændes mod henholdsvis den udvendige og indvendige ring 7 og 8. Mellem overfladerne 31 og 33 har membranen på sin ene side et antal tynde, koncentriske ribber 32. En sådan udformning medfører flere

6 DK 154984 B

fordele. Eftersom der kræves en vis elastisk udvidelse af membranen, efterhånden som støttefladen øges, når den bevæger sig fra en plan position til en udbulet position, er der risiko for, at den elastiske deformering af membranerne finder sted ved membranens midterpunkt og periferi, hvor den er fastspændt; men ribberne giver ved glidning eller eventuelt bøjning mod støtteelementerne en ensartet fordeling af den elastiske deformering over membranen. Endvidere forstærkes denne af ribberne, uden at den mister sin fleksibilitet. Endelig bidrager den af den gensidige påvirkning mellem ribberne og støttefladen fremkaldte friktion til ventilbevægelsessystemets gode dæmpeegenskaber.

De stive støtteelementer kan fremstilles af et hvilket som helst tilstrækkeligt stift materiale. Der kan således anvendes metaller som messing, bronze eller rustfrit stål, men også stive plastmaterialer, især sådanne som indeholder forstærkningsfibre, f.eks. glasfibre, kan benyttes. Hvis der anvendes sektorformede støtteelementer, bør det bemærkes, at der skal være et lille spillerum mellem hvert par naboelementer, selv når støtteelementerne er beliggende i samme plan.

4

Membranerne kan være fremstillet af et hvilket som helst fleksibelt materiale. En interessant membrantype, som udover tætnefunktionen også bidrager til dæmpningen af membranvæggen, er en membran fremstillet af en foldet plade, hensigtsmæssigt af rustfrit stål. Membranen er da udformet således, at den har en plan periferidel og en foldet midterdel, idet foldningen er afpasset efter den ønskede afbøjning under ventilens brug. Hvis det procesfluidum, der skal ledes gennem membranventilen, er af en specielt korroderende art, kan den membran, der er i berøring med procesfluidum-met, være belagt med et beskyttelseslag, eksempelvis af teflon.

Selvom membranventilen ifølge opfindelsen som nævnt har en meget lang levetid, bør det bemærkes, at ventilen let lader sig adskille, f.eks. til eftersyn eller'udskiftning af membranen. Først fjernes dækslet 2 fra huset 1 ved, at man løsner et rundtgående fastspændingsorgan, der holder dækslets 2 flanger og ventilhuset 1 spændt sammen og samtidigt spænder membranerne 5,6 mod hver side af den udvendige ring 7. Derpå afskrues stemplet 13, og

Claims (4)

7 DK 154984 B alle de i ventilen indeholdte dele er dermed adskilt. Støtteelementerne 3 kan aftages meget enkelt, idet den relative bevægelse mellem de to ringe 7 og 8 ikke er yderligere begrænset i den aksiale retning. Patentkrav;

1. Reguleringsventil bestående af en membranvæg, der er lukkende fastspændt i et ventilhus (1, 2) og sammen med dette danner to separate kamre, der er indrettet til at udsættes for forskellige tryk, og hvoraf det ene kammer omfatter et ventilsæde (21), og et ventillegeme (11, 20), der samvirker med ventilsædet og er fastgjort på membranvæggens midterparti til at følge membranvæggens aksiale bevægelse, hvilken membranvæg har to adskilte membranelementer (5, 6), et på hver sin side af nævnte væg, der vender mod hvert sit af de nævnte kamre, og et antal stive støtteelementer (3), der er monteret mellem membranelementerne (5, 6), og som er bevægelige i forhold til hinandenfog hver især har den ene ende drejeligt forbundet med ventilhuset (1, 2) og den modstående ende drejeligt forbundet med ventillegemet (11, 20) således, at aksiale belastninger på membranelementerne (5, 6) overføres gennem støtteelementerne (3) til huset (1, 2) og ventillegemet (11, 20), kendetegnet ved, at hvert støtteelement (3) i det væsentlige har form som en cirkelsektor, og at støtteelementerne (3), når de befinder sig i et fælles plan, samvirker med hinanden til dannelse af en i det væsentlige kontinuerlig, plan, cirkelformet støtteskive (4), der understøtter membranelementerne (5, 6) over i det væsentlige hele deres flader, og som er aksialt bøjelig til en let konisk form, i hvilken støtteelementernes (3) radialt indre partier ligger i større afstand fra hinanden end i det nævnte fælles plan.

2. Ventil ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hvert membranelement (5, 6) har fremspring (32) på den ene side, som er fordelt over membranfladen, og via hvilke membranelementet er i direkte kontakt med støtteelementerne (3).

8 DK 154984 B

3. Ventil ifølge krav 2, kendetegnet ved, at fremspringene (32) består af tynde, cirkulære ribber.

4. Ventil ifølge krav 1, kendetegnet ved, at membranvæggen endvidere har indre og ydre koncentriske ringe (8, 7), der hver især danner, en ringformet rille, og at støtteelementerne (3) har radialt indre og ydre kanter, der er afrundede, og som er optaget og er bevægelige i de ringformede riller i de indre og ydre ringe, samt at membranelementerne (5, 6) er fastspændt mod disse ringe.