FI104756B - Paineeltaan ja virtaukseltaan tasapainotettu venttiili - Google Patents

Description

! ! 104756

Paineeltaan ja virtaukseltaan tasapainotettu venttiili

Esillä olevan keksinnön kohteena on paineeltaan ja , virtaukseltaan tasapainotettu hydraulinen venttiili, joka 5 sopii erityisesti käytettäväksi syöttöventtiilinä WC-al-taita (tai huuhtelusäiliöitä, kuten ne USA:ssa tunnetaan) varten. Esillä oleva keksintö ei ole kuitenkaan rajoittu- ; nut tähän erityiseen sovellutusmuotoon. Keksinnön kohteena ovat myös WC-altaiden syöttöventtiilit ja itse altaat.

10 Aikaisemmin tunnetut WC-altaita varten tarkoitetut venttiilit voidaan sopivasti jakaa kahteen laajaan kategoriaan. Ensimmäinen kategoria käsittää mekaaniset vipuvent-tiilit, joiden venttiili-istukka on varustettu pyöreällä aukolla ja jotka sisältävät kiekkolevyn, jota uimurivarsi 15 siirtää tämän pyöreän aukon avaamiseksi ja sulkemiseksi.

Uimurivarteen kiinnitetty uimuri saa aikaan nostevoiman, : jota suurentaa uimurivarren mekaanisesti edullinen pituus.

Tällainen järjestely on suhteellisen yksinkertainen ja : erittäin luotettava ja sitä on käytetty useiden vuosien 20 ajan.

Nykyisin WC-altaiden keskimääräinen leveys on kui- “ tenkin vähentynyt WC-istuinten huuhtelemiseen käytetyn Ξ vesimäärän vähentymisen johdosta. Koska vaaditaan pienem- : piä vesimääriä, on vastaavat vähennykset tehty myös huuh- " *· 25 teluvettä sisältävien altaiden koossa. Tämän seurauksena pituudeltaan aikaisemmin käyttökelpoista huuhteluvartta ei voida nyt käyttää tällaisia altaita varten. Tämän seurauksena edellä mainitun mekaanisen syöttöventtiilin suljenta-voima vähenee. Tämä tekee tyypiltään tällaisen venttiilin 30 sopimattomaksi käyttöä varten korkeiden vedenpaineiden ^ alaisilla alueilla.

Tämän kehityksen seurauksena hydraulisia syöttö- :

venttiilejä käytetään yhä lisääntyvässä määrässä WC-al- I

taissa. Hydraulisessa syöttöventtiilissä käytetään syöttö-35 painetta auttamaan venttiilin sulkemisessa kohdistamalla 2 104756 tämä syöttöpaine venttiilielimen suhteellisen laajaan vastakkaiseen pintaan, jolloin saadaan aikaan nettosuljenta-voima. Hydraulisia syöttöventtiilejä vaivaavat kuitenkin useat haitat. Yhtenä haittana on se, että yhden venttiili-5 komponentin rikkoutuessa hydraulinen syöttöventtiili jää aina avoimeksi. Tämä merkitsee sitä, että venttiilivaurio johtaa aina vedenvirtaukseen, jota ei kyetä pysäyttämään.

Koska tämän seurauksena on vettä tulviva kylpyhuone ja huomattava vesihäviö, niin olisi parempi, että tämä vent-10 tiili mahdollisesti rikkoutuessaan jäisi suljetuksi. Tällöin vettä ei pääsisi virtaamaan sen kautta.

Julkaisusta GB-A-861036 tunnetaan patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen venttiilijärjestely, jossa si-sääntulevan vedenpaine pyrkii pitämään venttiilin istukas-15 saan, niin että se jää suljetuksi.

Allassyöttöventtiilien yhteydessä suljetuksi jäämisen lisäksi toisena suotavana ominaisuutena on hiljainen toiminta. Syöttöventtiilit ovat perinteisesti olleet hämmästyttävän voimakkaan melun lähteenä toimintansa aikana.

20 Koska huuhtelutoiminta kestää sangen lyhyen ajan, WC-al-taan uudelleentäyttymisen seuraavalla huuhteluvesimäärällä kestäessä taas suhteellisen kauan, syöttöventtiili aiheuttaa melua koko altaan täyttöjakson aikana. Tämä melu aiheutuu kavitaatiosta, pyörteisyydestä ja veden vapaassa . I 25 pinnassa esiintyvästä kohinasta (joka johtuu veden ja il man välisistä rajapinnoista). Huomattava kaupallinen etu saavutetaan, jos kyetään kehittämään hiljaisesti toimiva allassyöttöventtiili.

Esillä olevan keksinnön perustana on tutkimus, joka 30 on suoritettu yritettäessä parantaa edellä mainittuja • < ' -r haittoja ja saavuttaa ainakin osittain edellä mainitut edut. Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten saada aikaan parannettu venttiili.

Esillä olevan keksinnön ensimmäisen ominaispiirteen 35 mukaisesti tarjotaan käyttöön paineeltaan ja virtauksel- 104756 3 taan tasapainotettu venttiili, joka käsittää venttiiliko-telon, jonka syöttöväylä johtaa sisäonteloon ja poistoväy-lä tästä ontelosta ulos, tämän syöttöväylän ja poistoväy-län ollessa pääasiassa vastakkaisia, ja oleellisesti kupu-5 maisen venttiilirungon, joka on asetettu mainittuun onteloon siirtymään poistoväylää kohti ja siitä poispäin, tämän venttiilirungon ja poistoväylän ollessa mitoitettuina siten, että venttiilirunko voi sulkea poistoväylän, keksinnön ollessa tunnettu siitä, että ontelon sisäpinta ja 10 venttiilirungon ulkopinta on muotoiltu ja järjestetty vähentämään poikkipinta-alaa poistoväylää kohti suuntautuvaa virtausta varten venttiilirungon ja ontelon välissä ja lisäämään samalla poikkipinta-alaa syöttöväylästä tulevaa virtausta varten venttiilirungon ja ontelon välissä vent-15 tiilirungon siirtyessä kohti poistoväylää, ja päinvastoin venttiilirungon siirtyessä poispäin poistoväylästä, virtausnopeuden aiheuttamien venttiilirunkoon vaikuttavien painevoimien tasapainon muuttamiseksi, kun venttiilirunko liikkuu tasapainoasennon kautta, jossa virtauksen aiheut-20 tama painevoima on oleellisesti nolla.

Kupumainen venttiilirunko on sopivimmin munan, el-lipsoidin tai Rankinen ovuloidin muotoinen.

Esillä olevan keksinnön toisen ominaispiirteen mukaisesti käyttöön tarjotaan menetelmä paineeltaan ja vir-. .: 25 taukseltaan tasapainotetun venttiilin kautta kulkevan vir tauksen valvomiseksi tämän venttiilin käsittäessä venttii-likotelon, jonka syöttöväylä johtaa sisäiseen onteloon ja poistoväylä siitä pois tämän syöttöväylän ja poistoväylän ollessa pääasiassa vastakkaisia, ja mainittuun onteloon 30 asetetun yleensä kupumaisen venttiilirungon, tämän mene- λ · ’ ί; • _ telmän käsittäessä seuraavat vaiheet: venttiilirungon siirtämisen poispäin mainitusta poistoväylästä tasapainoasennon kautta, jossa virtauksen aiheuttama painevoima on oleellisesti nolla, rungon ja on-35 telon välistä virtausta varten käytettävissä olevan poik- 4 104756 kipinta-alan lisäämiseksi poistoväylän vieressä ja samalla tätä rungon ja ontelon välistä virtausta varten käytettävissä olevan poikkipinta-alan vähentämiseksi syöttöväylän vieressä nettovirtauksen aiheuttaman painevoiman kohdista-5 miseksi tällä tavoin mainittuun runkoon venttiilirungon siirtoliikkeen jatkamiseksi poispäin poistoväylästä ja venttiilin avaamiseksi; ja venttiilirungon siirtämisen kohti poistoväylää rungon ja ontelon välistä virtausta varten käytettävissä ole-10 van poikkipinta-alan vähentämiseksi poistoväylän vieressä ja samalla tätä rungon ja ontelon välistä virtausta varten käytettävissä olevan poikkipinta-alan lisäämiseksi syöttö-väylän vieressä nettovirtauksen aiheuttaman painevoiman kohdistamiseksi tällä tavoin mainittuun runkoon venttiili-15 rungon siirtoliikkeen jatkamiseksi poistoväylää kohti ja venttiilin sulkemiseksi.

Esillä olevan keksinnön kolmannen ominaispiirteen mukaisesti tarjotaan käyttöön WC-allas, joka sisältää tyypiltään edellä selostetun kaltaisen allassyöttöventtiilin. 20 Esillä olevan keksinnön neljännen ominaispiirteen mukaisesti tarjotaan käyttöön menetelmä WC-altaan täyttämiseksi käyttäen edellä mainittua menetelmää venttiilin kautta kulkevan virtauksen valvomista varten.

Esillä olevan keksinnön kolme sovellutusmuotoa se- m ·’ 25 lostetaan seuraavassa oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa:

Kuvio 1 esittää poikkileikkauskuvantoa pääasiassa tavanomaisesta hydraulisesta syöttöventtiilistä;

Kuvio 2 esittää vastaavaa poikkileikkauskuvantoa 30 keksinnön ensimmäisen sovellutusmuodon mukaisesta syöttö-. venttiilistä;

Kuvio 3 esittää vastaavaa poikkileikkauskuvantoa keksinnön toisen sovellutusmuodon mukaisesta syöttöventtiilistä; 104756 5

Kuvio 4 esittää suurennettua poikki le ikkauskuvantoa venttiilin 3 sisältämästä lappomurtolautasventtiilistä;

Kuvio 5 esittää osiinhajotettua perspektiivikuvan-toa kuvion 4 mukaisesta lautasventtiilistä ennen sen ko-5 koonpanoa;

Kuvio 6 esittää sivupystykuvantoa keksinnön kolmannen sovellutusmuodon mukaisesta syöttöventtiilistä;

Kuvio 7 esittää pituussuuntaista poikkileikkausku-vantoa kuvion 6 mukaisesta venttiilistä; 10 Kuvio 8 esittää osiin hajotettua perspektiivikuvan- toa kuvion 7 mukaisesta venttiilistä;

Kuviot 9-12 esittävät vastaavasti perspektiivi-, sivupysty-, päällis- ja käännettyä päälliskuvantoa kuvioiden 6-8 mukaisesta venttiilirungosta; ja 15 Kuvio 13 esittää leikkauskuvantoa keksinnön ensim mäisen sovellutusmuodon mukaisesta venttiilirungosta ja ontelosta, jolloin tätä ensimmäistä sovellutusmuotoa käytetään selittämään esillä olevan keksinnön toiminnallista periaatetta.

20 Kuvio 1 esittää aikaisemmin tunnettua hydraulisesti toimivan WC-altaan syöttöventtiiliä. Tämä venttiili on pääasiassa esillä olevan patentin hakijan nimissä olevan AU-patenttihakemuksen 81 732/91 mukainen. Kuten kuviosta 1 näkyy, tämä hydraulinen syöttöventtiili 1 sisältää vent-25 tiili-istukkaan 3 johtavan syöttöväylän 2 ja poistoväylän 4. Venttiili-istukka 3 on suljettu kumikalvon 6 kannattaman venttiilielimen 5 avulla. Ohituskanava 7 sallii syöt-töväylästä 2 tulevan veden johtamisen kalvon 6 myötävirran puolelle. Uimurivarren 9 ja uimurin 10 avulla toimiva apu-30 venttiili 8 valvoo kalvon 6 myötävirran puolelle kohdis-

» ? I

. tettua painetta. L

Käytön yhteydessä apuventtiilin 8 ollessa avoinna kuvion 1 mukaisesti vesi pääsee kulkemaan syöttöväyIästä 2 1 kalvon myötävirran puolelle ja ulos apuventtiilistä 8.

35 Siten kalvon 6 myötävirran puolelle ei kohdistu huomatta- 104756 6 varapaa painetta ja niinpä venttiilielintä 5 siirtää poispäin venttiili-istukasta 3 syöttöväylässä 2 olevan veden paine. Tällöin hydraulinen syöttöventtiili 1 avautuu ja vesi pääsee kulkemaan syöttöväylästä 2 venttiili-istukan 3 5 kautta ja ulos poistoväylästä 4.

Kun allas 19 täyttyy vedellä, uimuri 10 nousee ja uimurivarsi 9 sulkee siten apuventtiilin 8. Tämän seurauksena syöttöpaine kohdistetaan kalvon 6 myötävirran puolella olevaan suureen pinta-alaan. Sama paine kohdistetaan 10 venttiilielimen 5 suhteellisen pieneen pintaan, joka on syöttöväylää vastassa, jolloin pinta-alaeron johdosta saadaan tulokseksi nettosuljentavoima, joka kohdistetaan kalvon 6 kautta venttiilielimeen 5. Siten venttiilielin 5 nojaa venttiili-istukkaa 3 vasten ja sulkee hydraulisen 15 syöttöventtiilin.

Tällainen hydraulinen syöttöventtiili voi rikkoutua usealla eri tavalla. Yhtenä tapana on kalvon 6 rei'ittymi-nen, jolloin vesi pääsee vuotamaan kalvon 6 myötävirran puolelta poistoväylään 4 vähentäen siten suljentapainetta 20 venttiilielimessä 5 ja saaden syöttöventtiilin jäämään rikkoutuneena avoimeen tilaan. Myös ohituskanava 7 voi tukkeutua. Tämä taas vähentää kalvon 6 myötävirran puolelle kohdistettua painetta ja aiheuttaa venttiilin jäämisen rikkoutuneena avoimeksi. Lisäksi epäpuhtauksia voi tarttua < ·· 25 apuventtiiliin 8 estäen siten sen täydellisen sulkeutumi sen. Myös tämä vähentää kalvon 6 myötävirran puolelle kohdistettua painetta ja aiheuttaa hydraulisen syöttöventtiilin jäämisen rikkoutuneena avoimeen tilaan.

Kuvio 2 esittää esillä olevan keksinnön ensimmäisen 30 sovellutusmuodon mukaista paineeltaan ja virtaukseltaan tasapainotettua venttiiliä 11. Venttiili 11 sisältää syöt-töväylän 12, venttiili-istukan 13 ja pääasiassa lieriömäisen poistoväylän 14. Syöttöväylän 12 ja poistoväylän 14 välissä on ontelo 15, jonka sisään on asetettu yleensä 7 104756 kupumainen venttiilirunko 16. Venttiilirunkoa 16 tukee kara 17, joka on asetettu liukuvasti hoikkiin 18.

Venttiili 11 käsittää sisärungon 20, jossa on syöt-töväylä 12 ja johon on kiinnitetty rengaselin 21, joka 5 yhdessä sisärungon 20 kanssa muodostaa ontelon 15. Lieriömäinen ulkorunko 22 on asetettu sisärungon 20 ympärille ja näiden kahden runko-osan välissä kulkee poistoväylä 14. Päällyskappale 23 täydentää poistoväylän 14 ja tukee hoikkia 18.

10 On selvää, että jos karaa 17 siirretään ylöspäin, niin venttiilirunko 16 sulkee venttiili-istukan estäen siten syöttöväylästä 12 poistoväylään 14 tapahtuvan virtauksen. Toisaalta taas, jos karaa 17 työnnetään alaspäin, niin venttiili-istukka avautuu ja vesi pääsee virtaamaan 15 syöttöväylän 12 kautta, ontelon 15 ja venttiilirungon 16 välistä, ohi venttiili-istukan ja poistoväylään 14.

Koska syöttöväylän 12, ontelon 15, venttiilirungon 16 ja poistoväylän 14 sisäpinnat ovat tasaisia ja sisältävät lievästi kaarevat osat, jotka rajoittavat teoreettisia 20 virtausviivoja jäljittelevän virtausväylän, vesi virtaa pääasiassa virtaviivaisesti. Siten veden erottuminen, pyörteisyys ja kavitaatio ovat minimoituja. Tällöin saavutetaan sangen hiljainen virtaus.

Kuvion 2 mukaisen järjestelyn eräänä pienenä hait-25 tana on se, että rengasmainen poistoväylä 14 sisältää huomattavan määrän ilmaa, joka on poistettava täydellisesti ennen mahdollisimman hiljaisen virtauksen saavuttamista.

Tätä tarkoitusta varten käytetään kuvion 3 mukaista toista sovellutusmuotoa. Kuvion 3 esittämä paineeltaan ja vir- i 30 taukseltaan tasapainotettu venttiili 111 sisältää syöttö- _ · < * _ väylän 112, venttiili-istukan 113 ja yksinkertaisen putki- Γ maisen poistoväylän 114. Samoin kuin aikaisemminkin, vent-tiili 111 sisältää myös ontelon 115 ja venttiilirungon 116 ’ asetettuna karaan 117. Kara 117 on liitetty kääntyvästi 8 104756 uimurivarteen 109, jota siirretään kaarta pitkin uimurin 110 avulla.

Syöttöväylä 112 ja poistoväylä 114 on muodostettu yhdessä pääkappaleeseen 120, jossa olevaa rengasta 121 5 pitää paikoillaan päällyskappale 123, joka on kiinnitetty kierteillä päärunkoon 120. Rengas 121 ja päärunko 120 rajoittavat yhdessä ontelon 115. Päällyskappale 123 sisältää myös tukiholkin 118 karaa 117 varten. On selvää tässä yhteydessä, että hoikin 118 ja karan 117 välinen suljenta ei 10 ole kriittisen tärkeä asia, koska vettä esiintyy vain poistoväylässä 114 venttiilin 11 ollessa avoinna.

Renkaaseen 121 sisältyy myös lappomurtolautasvent-tiili 125, joka, kuten kuvioista 4 ja 5 parhaiten näkyy, käsittää rivoilla varustetun T-muotoisen venttiilin 126 ja 15 rei'itetyn kiekkolevyn 127. Kun kiekkolevy 127 on asetettu venttiilin 126 varteen 128, kiekkolevyn pidätyspää 129 asetetaan varteen 128. Koska on olemassa viisi reikää 130 ja neljä ripaa 131, pääsee ilma aina kulkemaan kiekkolevyn 127 kautta ja poistoväylään 114, edellyttäen että venttii-20 li 126 ei nojaa rengasta 121 vasten. Lautasventtiilin 125 tehtävänä on varmistaa, että venttiilin lii sulkeutuessa ja paineen siten vähentyessä poistoväylässä 114 ilma virtaa poistoväylään 114, jolloin vesi tulee pidätetyksi poistoväylässä 114 altaassa olevan veden pintatason ylä-... 25 puolella. Tämän seurauksena, jos syöttöväylään 112 kohdis tetaan vahingossa negatiivista painetta, ei vesi pääse virtaamaan lapon tavoin ulos altaasta syöttöväylän sisään.

Kuten kuviosta 6 näkyy, keksinnön kolmannen sovel-lutusmuodon mukainen syöttöventtiili on asetettu varren 30 228 yläosaan uimurin 210 noustessa ja laskiessa altaassa 19 olevan veden pintatason mukaisesti. Uimuri 210 on liitetty syöttöventtiiliin 211 uimurivarren 209 välityksellä. Hammastankomekanismi 240 liittää yhteen uimurivarren 209 ja syöttöventtiilin 211.

9 104756

Kuten kuviosta 7 näkyy, varren 228 muodostaa kaksi samankeskistä lieriömäistä elintä, joista sisempi käsittää poistoväylän 214 ympäröimän syöttöväylän 212. Poistoväylän kantaosan vieressä on yksi tai useampi aukko, joka rajoit-5 taa poistovirtausta seuraavassa selostettavalla tavalla. Koko tämä järjestely {kuvio 6) voidaan asettaa tunnetulla tavalla altaan 19 (esitetty katkoviivoilla) kantaosassa olevaan aukkoon ja kiinnittää tiukasti paikoilleen mutterin 242 välityksellä.

10 Kuten kuviosta 8 parhaiten näkyy, syöttöväylä 212 avautuu venttiilionteloon 215, joka sisältää munan muotoisen venttiilikappaleen 216, joka on asetettu venttiilika-ran 217 alapäähän. Venttiilikaraa 217 voidaan nostaa tai laskea hammastankomekanismin 240 ja uimurivarren 209 avul- 15 la venttiilin 211 vastaavaksi sulkemiseksi ja avaamiseksi. Venttiiliontelo 215 käsittää kaksi osaa, joista ylempi muodostaa venttiili-istukan 245. 0-rengas 246 on kiinnitetty venttiili-istukan 245 ja venttiiliontelon 215 jäljellä olevan osan väliin.

20 Kolme poikkileikkaukseltaan rajoitettua yleensä U-muotoista väylää 248 johtaa venttiili-istukasta 245 rengasmaiseen kammioon 249, joka puolestaan avautuu poisto-väylään 214. Nämä U-muotoiset väylät 248 koostuvat urista, jotka on muodostettu kannen 250 alasivulle. Kansi 250 voi- ..... 25 daan kiinnittää kellokappaleeseen 251, joka on muodostettu varren 228 yläpäähän pikaliittimien 253, 254 välityksellä. Tällä tavoin kansi 250 voidaan kiinnittää kellokappaleeseen 251 venttiili-istukan 245 kiinnittämiseksi paikoilleen.

30 Useat pienet aukot 255 kulkevat kellokappaleen 251 läpi ja sallivat siten ilman virtaamisen ilmakehästä kannen 250 vaipan ja kellokappaleen 251 välisen rengasmaisen tilan kautta rengasmaiseen kammioon 249. Kannen 250 ja kellokappaleen 251 väliin on asetettu katkaistun kartion 35 muotoinen kumiholkki 256. Hoikin 256 yläpäässä on reunus 10 104756 257, joka toimii 0-renkaana ja muodostaa tiivisteen kello-kappaleen 251 ja kannen 250 väliin. Holkki 256 on varustettu keskiaukolla 258 (kuvio 8), joka ollessaan kuvion 7 mukaisessa lepoasennossa puristuu venttiiliontelon 215 5 ulkopuolta vasten.

Kun venttiilikaraa 217 laskee alaspäin uimurivarsi 209, joka kääntyy vastapäivään kuvion 7 mukaisesti, vesi pääsee virtaamaan syöttöväylästä 212 venttiiliontelon 215 kautta venttiili-istukan 245 ohi U-muotoisiin väyliin 248. 10 Koska väylät 248 ovat tasaisesti kaarevia, tämä virtaus kulkee niissä suunnilleen virtaviivaisesti, jolloin pyör-teisyydeltä ja kavitaatiolta vältytään.

Lisäksi kumiholkki 256, joka alunperin estää veden virtauksen U-muotoisista väylistä 248 rengasmaisen kammion 15 249 sisään, muuttaa ulkoista muotoaan vedenpaineen johdos ta, joka nyt kohdistuu hoikin 256 sisäpintaan avoimen venttiili-istukan 245 välityksellä. Tämän paineen ja sen aiheuttaman vedenvirtauksen seurauksena kumiholkki 256 laajenee ulospäin, jolloin sen keskiaukon 258 tehokas lä-20 pimitta lisääntyy.

Tämä kumiholkin 256 liike aiheuttaa kaksi samanaikaista vaikutusta. Ensiksikin kumiholkin 256 keskiaukko 258 muodostaa tehokkaalla tavalla muuttuvan aukon, joka suurenee virtauksen ja/tai paineen lisääntyessä. Tällä on 25 hyvin suotava edullinen vaikutus sen saadessa aikaan pai-neenpudotuksen venttiili-istukan 245 läheisyydessä.

Lisäksi kumihokin 256 laajeneminen radiaalisesti ulospäin syöttöventtiilin 1 kautta kulkevan veden vaikutuksesta saa kumiholkin 256 keskiosan 259 sulkemaan tehok-30 kaasti aukot 255. Tämän seurauksena ilmaa ei pääse virtaa- • < ’ maan ilmakehästä aukkojen 255 kautta ja kulkeutumaan siten veden mukana, joka virtaa U-muotoisista väylistä 248 ren-- - gasmaiseen kammioon 249 ja siitä poistoväylään 114. Tämä muodostaa hyvin huomattavan melua vähentävän toimenpiteen.

w 104756

Lopuksi rajoitetut aukot 241 poistoväylän 114 kantaosassa merkitsevät sitä, että poistoväylä 114 täytetään nopeasti ja täydellisesti vedellä venttiilin toiminnan aikana. Tämän seurauksena huomattava osa roiskumisen ja 5 kuplimisen aiheuttamasta melusta tulee eliminoiduksi. Lisäksi aukoilla 241 on sopivimmin rajoitettu koko, jolloin ne muodostavat painehäviön aiheuttavan lisälaitteen. Siten verkkopaine putoaa asteittaisesti syöttö- ja poistoväylän välillä vähentäen siten vedenpaineen putoamismahdollisuut-10 ta vesihöyrynpaineen alapuolelle. Vedenpaineen putoaminen vesihöyrynpaineen alapuolelle aiheuttaa kavitaatiota ja siten myös kavitaatioääniä.

Kuviot 9-12 esittävät venttiilirungon 216 suositeltavaa sovellutusmuotoa. Näistä kuvioista ilmenee, että 15 venttiilirunko ei ole pallomainen.

Alaan perehtyneille henkilöille on selvää, että edellä selostettu järjestely tarjoaa useita etuja. Ensiksikin kapein väyläosa syöttöventtiilissä, jonka syötetyn veden sisältämä sora tai jäte voi todennäköisesti tukkia, 20 sijaitsee venttiili-istukassa 245. Tämän seurauksena tähän kohtaan mahdollisesti tarttunut materiaali tulee luultavasti irrotetuksi venttiilin seuraavan toimintajakson aikana. Lisäksi tällainen materiaali voi helposti kulkeutua väylien 248 läpi ja kumiholkin 256 keskiaukosta 258 ren-25 gasmaisen kammion 249 sisään. Tästä j ätemateriaali voi vaivattomasti kulkea altaan 19 sisään.

Lisäksi, jos syöttöväylään 212 kohdistetaan osittainen tyhjö syöttöventtiilin 211 ollessa avoinna, niin kumiholkki 256 imetään sisäänpäin kiinnittäen siten keski-30 aukko 258 venttiiliontelon 215 ulkopuolta vasten. Lisäksi

t I I

*« r kumiholkin 256 keskiosa 259 siirtyy sisäänpäin vapauttaen siten aukot 255 ja antaen ilmakehäilman virrata poistoväy-lään 214. Tämän johdosta poistoväylässä 214 mahdollisesti oleva vesi putoaa altaan 19 vedenpinnan tasolle. Tällä 35 tavoin varmistetaan käänteisen lappovaikutuksen estäminen.

12 104756

Katastrofaalisen tilanteen yhteydessä, esimerkiksi venttiilivarren 217 rikkoutuessa, venttiilirunko 216 pakotetaan siirtymään ylöspäin syöttövedenpaineen avulla venttiili-istukan 245 sulkemiseksi. Siten venttiili jää rik-5 koutuessaan suljetuksi toisin kuin muut hydrauliset venttiilit, jotka jäävät rikkoutuessaan avoimiksi.

Seuraavassa selostetaan kuvioiden 6 ja 7 mukaisen venttiilin toimintaperiaatetta kuvioon 13 viitaten ja käyttäen kuvion 7 mukaisia viitenumerolta. Ensiksikin 10 alaan perehtyneille henkilöille on selvää, että jos tämä venttiili on asetettu pystysuoraan asentoon kuvion 13 mukaisella tavalla, niin alaspäin venttiilirunkoon 216 ja karaan 217 vaikuttavaa painovoimaa vastaan vaikuttaa suureksi osaksi venttiilirungon 216 kelluvuus ja siten nämä 15 vastakkaiset voimat kumoavat huomattavassa määrässä toisensa. Toisaalta taas, venttiilin ollessa asetettuna vaakasuorasi i, nämä voimat vaikuttavat kohtisuoraan karan 217 ja venttiilirungon 216 liikesuunnan suhteen ja ne voidaan siten jättää huomioon ottamatta.

20 Kuviossa 13 on esitetty pistekatkoviivoilla vent tiilirungon 216 asentoa venttiilin ollessa lähes täysin avoinna. On selvää tässä yhteydessä, että virtausta varten käytettävissä oleva poikkileikkausala ontelon 215 sisällä syöttöväylän 212 vieressä ja ontelon 215 sisäpintojen ja 25 venttiilirungon 216 ulkopinnan välissä on huomattavasti pienempi. Toisaalta taas virtausta varten käytettävissä oleva poikkileikkausala venttiilirungon 216 ulkopinnan ja ontelon 215 sisäpinnan välissä poistoväylän 214 vieressä on huomattavasti suurempi.

30 Asento, jossa venttiilirunko 215 lähes sulkee vent- tiili-istukan 245 ja poistoväylän 214, on esitetty katkoviivoilla kuviossa 13. Alaan perehtyneille henkilöille on selvää, että käänteinen tilanne edellä mainittujen vir-tausalueiden suhteen on myös mahdollinen.

13 104756

Venttiilirunko 216 on yleensä munan tai ellipsoidin muotoinen. Venttiilirunko 216 on sopivimmin Rankine ovu-loidin muotoinen ja siten sen poikkileikkaus sisältää Rankinen soikion, jota varten virtaviivainen virtaus kiinteän 5 rungon ympärillä voidaan laskea.

Koska virtaus ontelon 215 sisällä venttiilirungon 216 ympärillä on pääasiassa virtaviivainen ja suunnilleen pyörteetön, voidaan nestevirtauksessa olevan kokonaisenergian olettaa olevan suuruudeltaan vakio lähes mitättömillä 10 energiahäviöillä. Tämän johdosta energia on sama virtaus-väylän kaikissa kohdissa. Kokonaisenergia yksikkömassaa E varten missä tahansa kohdassa saadaan seuraavasta yhtälöstä : E = - + ^ (1) 15 P 2 jossa V merkitsee virtausnopeutta, P painetta kyseisessä kohdassa ja nesteen tiheyttä.

Koska oletetaan, että energiahäviöitä ei esiinny, 20 energia syöttöväylän i vieressä olevalla alueella on sama kuin poistoväylän o vieressä olevalla alueella. Siten voimassa on seuraava Bernoullin teorian mukainen yhtälö: « + ai. f» + £1 (2) P 2 p 2 * 25

Lisäksi voimassa on seuraava suhde: V = Q/A (3)

30 jossa V merkitsee virtausnopeutta, Q virtausmäärää ja A

• · virtauksen poikkileikkausaluetta.

Edellä mainittujen yhtälöiden 2 ja 3 perusteella ja koska neste on käytännöllisesti katsoen kokoonpuristuma-tonta, tiheys pysyy vakiona, jolloin virtausalan lisään-35 tyessä virtausnopeus vähenee. Jos kuitenkin virtausnopeus 14 104756 vähenee, niin paine lisääntyy energian pitämiseksi pääasiassa vakiosuuruisena. Päinvastainen tilanne esiintyy myös, eli siis virtausalan vähentyessä nopeus lisääntyy ja paine vähenee.

5 Pascalin periaatteen mukaisesti nesteen sisällä oleva paine kohdistuu "yhtä suurena kaikkiin suuntiin" ja siten myös ontelon 215 pintaan ja erityisesti venttiili-rungon 216 pintaan. Siten, kuten kuviosta 13 ilmenee, venttiilirungon 216 ollessa kuviossa 13 pistekatkoviivoil-10 la esitetyssä asennossa syöttöväylän 212 vieressä oleva virtausala vähenee ja siten virtausnopeus syöttöväylän 212 vieressä lisääntyy ja venttiilirungon 216 vapaaseen päähän kohdistuva paine vähenee. Toisaalta taas virtausala lisääntyy poistoväylän vieressä ja siten virtausnopeus vähe-15 nee. Samalla tavoin venttiilirunkoon 216 kohdistettu paine karan 217 vieressä lisääntyy. Koska tämä paine edustaa pinta-alalla jaettua voimaa, ja venttiilirungon 216 karaan 217 liitetyn "pallonpuoliskon" pinta-alan ollessa suunnilleen sama kuin venttiilirungon 216 vapaan pään 20 "pallonpuoliskon" pinta-ala, nettopaine-ero saa aikaan nettovoiman, joka siten siirtää venttiilirungon 216 pois venttiili-istukasta 245 nestevirtauksen suuntaa vastaan ja pitää siten venttiilin avoinna.

Koska neste virtaa venttiilirungon 216 ohi, syntyy " 25 vetovoima, joka pakottaa venttiilirungon siirtymään kohti poistoväylää. Tätä vetovoimaa vastaan voidaan vaikuttaa tekemällä karaan 217 liitetyn venttiilirungon 216 "pallonpuoliskon" pinta-ala suuremmaksi kuin venttiilirungon 216 vapaan pään "pallonpuoliskon" pinta-ala. Esimerkiksi karan 30 "pallonpuolisko" voi olla lähes pallonpuoliskon muotoinen .1 . toisen "pallonpuoliskon" käsittäessä taas puoliellipsoi- din.

Edellä mainitusta seuraa, että on olemassa tasapainoasento, jossa venttiilirungon 216 ohi kulkeva nestevir-35 taus ei aiheuta mitään karaan kohdistuvaa aksiaalista net- 15 104756 tovoimaa. Kuitenkin venttiilirungon 216 pienet siirtymät jommassakummassa suunnassa tästä tasapainoasennosta poispäin saavat aikaan voimien epätasapainon, joka jatkaa venttiilin avaus- tai suljentaliikettä. Tämä merkitsee 5 sitä, että venttiiliä voidaan helposti valvoa silloinkin, kun se on varustettu lyhyellä uimurivarrella 209 kuvioiden 6 ja 7 mukaisesti. Kuvioista 6 ja 7 käy ilmi, että altaan 19 tyhjentymisen aiheuttama uimurin alkuperäinen alaspäin-liike siirtää venttiilirunkoa 216 alaspäin avaten osittain 10 venttiili-istukan 245. Tällöin edellä mainittu paine-ero tulee kuvaan mukaan ja jatkaa venttiilin 211 avaamista. Venttiilirungon 216 alaspäinliikettä rajoitetaan edullisesti rajoittamalla varren 217 alaspäinliikettä. Vaihtoehtoisesti venttiilirunko 216 tulee lopulta kosketukseen 15 syöttöventtiilin 212 kanssa.

Altaan 19 täyttyessä siihen syöttöventtiilin 111 kautta syötetyn veden johdosta uimuri 210 nousee nostaen siten uimurivartta 209 ja siirtäen venttiilirunkoa 216 ylöspäin kuvion 7 mukaisesti kohti tasapainoasentoa. Kun 20 tasapainoasento on ohitettu, venttiilirunkoon 216 kohdistettu paine-ero pyrkii nostamaan venttiilirunkoa 216 toimien siten yhdessä nousevan uimurin 210 kanssa. Tällöin venttiili tulee suljetuksi, jolloin venttiilirunko 216 pakotetaan siirtymään ylöspäin sekä uimurin 210 toiminnan 25 että venttiilirungon 216 vastakkaiseen "pallonpuoliskoon" kohdistetun paine-eron avulla. Tämä johtaa kiinteään ja nopeaan suljentatoimintoon.

Alaan perehtyneille henkilöille on selvää, että edellä mainittu venttiilijärjestely saa aikaan helposti 30 avattavan ja suljettavan venttiilin. Kun venttiili alkaa I. avautua tai sulkeutua ja sen kupumainen runko ohittaa "ta sapainoasennon", niin venttiili avautuu tai sulkeutuu täy-

E

s in voimien epätasapainon ansiosta. Siten energiamäärä, joka vaaditaan venttiilin toimintaa varten, on pieni ta-35 vanomaiseen venttiiliin verrattuna. Tämä ominaispiirre 16 104756 tekee venttiilistä sopivan käytettäväksi yhdessä erittäin lyhyiden uimurivarsien kanssa.

Lisäksi kuvun 16/116/216 molempien "pallonpuoliskojen" suhteellisia pinta-aloja voidaan säätää sen varmista-5 miseksi, että koko "iskun" aikana esiintyy nettosuljenta-paine. Siten, vaikka esiintyisikin katastrofitilanne, kuten karan yläpään tai uimurivarren rikkoutuminen, venttiili sulkeutuu aina rajoitetun virtausmäärän jälkeen ja myös pysyy suljettuna. Siten tavanomaisen hydraulisen syöttö-10 venttiilin avoimeksi jättävät mekanismit on pääasiassa vältetty.

Lisäksi, koska tässä venttiilissä esiintyy suunnilleen virtaviivainen virtaus pääasiassa ilman kuuluvaa ka-vitaatiota ja vain mitätön pyörteisyys, voidaan saavuttaa 15 huomattava vähennys melun suhteen.

Edellä on selostettu vain kolme esillä olevan keksinnön mukaista sovellutusmuotoa, ja alaan perehtyneille henkilöille on selvää, että muutoksia voidaan tehdä esillä olevan keksinnön suojapiiristä poikkeamatta.

1 · · a « a

Claims (18)

1. Paineeltaan ja virtaukseltaan tasapainotettu venttiili (11, 111, 211), joka käsittää venttiilikotelon, 5 jonka syöttöväylä (12, 112, 212) johtaa sisäonteloon (15, 115, 215) ja poistoväylä tästä ontelosta ulos, tämän syöt-töväylän ja poistoväylän ollessa pääasiassa vastakkaisia, ja oleellisesti kupumaisen venttiilirungon (16, 116, 216), joka on asetettu mainittuun onteloon siirtymään poi-10 stoväylää kohti ja siitä poispäin, tämän venttiilirungon ja poistoväylän ollessa mitoitettuina siten, että vent-tiilirunko voi sulkea poistoväylän, tunnettu siitä, että ontelon (15, 115, 215) sisäpinta ja venttiilirungon (16, 116, 216) ulkopinta on muotoiltu ja jär-15 jestetty vähentämään poikkipinta-alaa poistoväylää kohti suuntautuvaa virtausta varten venttiilirungon ja ontelon välissä ja lisäämään samalla poikkipinta-alaa syöttöväy-lästä tulevaa virtausta varten venttiilirungon ja ontelon välissä venttiilirungon siirtyessä kohti poistoväylää, ja 20 päinvastoin venttiilirungon siirtyessä poispäin poisto- väylästä, virtausnopeuden aiheuttamien venttiilirunkoon vaikuttavien painevoimien tasapainon muuttamiseksi, kun venttiilirunko (16, 116, 216) liikkuu tasapainoasennon kautta, jossa virtauksen aiheuttama painevoima on oleel- : 25 lisesti nolla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiili, - tunnettu siitä, että venttiilirunko on asennettu : karaan (17, 117, 217), joka kulkee poistoväylän läpi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen venttiili, ‘ 30 tunnettu siitä, että kara on asennettu liikkumaan edestakaisin pituussuunnassaan.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen ^ venttiili, tunnettu siitä, että poistoväylä (21, 23. on kaareva ja kulkee sisäontelon ympäri kohti syöttö- ^ 35 väylää. 18 104756

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen venttiilirunko, tunnettu siitä, että poistoväylä käsittää useita rinnakkain liitettyjä väyliä (248).

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen venttiili-5 runko, tunnettu siitä, että sen poistoväylä (14, 214. ympäröi sen syöttöväylää (12, 212).

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-6 mukainen venttiili, tunnettu siitä, että poistoväylä sisältää ainakin yhden ilmakehään liitetyn aukon (130, 255).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen venttiili, tunnettu siitä, että tämä aukko tai aukot (255) on tai ovat suljettuna tai suljettuina (256), kun poistoväylä (245) ei ole suljettuna.

9. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-8 mukainen 15 venttiili, tunnettu siitä, että kupumainen runko (16, 116, 216) valitaan ryhmästä, joka käsittää munan, ellipsoidin tai Rankinen ovuloidin muotoisen rungon.

10. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-9 mukainen venttiili, tunnettu siitä, että se käsittää 20 allassyöttöventtiilin (11, 111, 211).

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen allassyöttö-venttiili, tunnettu siitä, että se on asennettu syöttöväylän tätä allasta varten sisältävän varren (128, 228) yläpäähän.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukaisen allas syöttöventtiilin sisältävä allas.

13. Menetelmä paineeltaan ja virtaukseltaan tasapainotetun venttiilin (11, 111, 112) kautta kulkevan virtauksen valvomiseksi tämän venttiilin käsittäessä venttii- 30 likotelon, johon johtaa syöttöväylä (12, 112, 212) ja josta kulkee pois poistoväylä (14, 114, 214) ja sisäontelon (15, 115, 215), syöttöväylän ja poistoväylän ollessa pääasiassa vastakkaisia, sekä oleellisesti kupumaisen vent-tiilirungon (16, 116, 216), joka on asetettu tämän ontelon 19 104756 sisään, tunnettu siitä, että tämä menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: venttiilirungon siirtämisen pois poistoväylästä tasapainoasennon kautta, jossa virtauksen aiheuttama pai-5 nevoima on oleellisesti nolla, mainitun rungon ja ontelon välistä virtausta varten käytettävissä olevan poikkileik-kausalan lisäämiseksi poistoväylän vieressä ja tämän rungon ja ontelon välistä virtausta varten käytettävissä olevan poikkileikkausalan samanaikaiseksi vähentämiseksi 10 syöttöväylän vieressä nettovirtauksen aiheuttaman paine-voiman kohdistamiseksi siten mainittuun runkoon tämän rungon siirtoliikkeen jatkamiseksi poispäin poistoväylästä ja venttiilin avaamiseksi; ja venttiilirungon siirtämisen kohti poistoväylää mai-15 nitun rungon ja ontelon välistä virtausta varten käytettävissä olevan poikkileikkausalan vähentämiseksi poistoväylän vieressä ja tämän rungon ja ontelon välistä virtausta varten käytettävissä olevan poikkileikkausalan samanaikaiseksi lisäämiseksi syöttöväylän vieressä nettovirtauksen 20 aiheuttaman painevoiman kohdistamiseksi siten mainittuun runkoon tämän rungon siirtoliikkeen jatkamiseksi kohti poistoväylää ja venttiilin sulkemiseksi.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että venttiilirunkoa siirretään ·'. 25 tasapainoasennon kautta, jossa virtauksen aiheuttama voima on suunnilleen nolla.

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää vaiheen venttiilirungon (116) poistoväylästä (114) poispäin suun- 30 tautuvan liikkeen (109, 123) rajoittamiseksi venttiilirungon estämiseksi joutumasta kosketukseen syöttöväylän (112) kanssa.

16. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 13 - 15 mu- ’ kainen menetelmä, tunnettu siitä, että venttiili 35 käsittää allassyöttöventtiilin (11, 111, 211) ja että run- 20 104756 koa (16, 116, 216) siirretään altaan sisältämän veden pintatason mukaisesti.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se sisältää vaiheen rungon 5 liittämiseksi altaassa (19) olevan uimurin (110, 210) kanssa uimurivarren (109, 209) välityksellä.

17 104756

18. Menetelmä altaan täyttämiseksi, tunnet-t u siitä, että tämä menetelmä käsittää patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukaisen menetelmän. • I • « 104756 21