FI123116B - Säätöventtiili - Google Patents

Description

Säätöventtiili

Keksinnön ala 5 Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen säätöventtiili paineistetun väliaineen ohjaamiseksi toimilaitteeseen, joka toimilaite on järjestetty vaimentamaan siihen yhteydessä olevan prosessilaitteen värähtelyjä.

10 Keksinnön tausta

Paperikoneissa ja paperin jälkikäsittelylaitteissa esiintyvät värähtelyt ja tärinät muodostavat varsin huomattavan ongelman. Näissä laitteissa on useita värähtelylähteitä ja eräitä huomattavimpia niistä ovat telat ja 15 sylinterit, jotka käsittävät huomattavalla nopeudella pyörivän suuren massan. Telojen ja sylintereiden värähtelyt ja tärinä aiheuttavat jälkiä valmistettavaan paperiin.

Paperin jälkikäsittelyssä käytettävissä monitelakalantereissa esiintyvät 20 tärinät ja värähtelyt aiheuttavat ns. barring-ilmiön. Sen syntyminen voi johtua monesta syystä. Se voi syntyä joko kalanteroitavassa paperissa olevien epätasaisuuksien, itse kalanterin, sen käyttölaitteiden tai sitä ympäröivien koneiden synnyttämän mekaanisen tärinän tai kalanteri-telojen ulkopinnan pyöreyden epäsymmetrisyyden vaikutuksesta. 25 Koska kaikki kalanterin telat ovat kosketuksissa toisiinsa, tärinä siirtyy telalta toiselle ja lopulta telat toistavat tärinämallia, jossa on useita ™ aaltoja. Telat aiheuttavat kalanteroitavaan paperiin MD-suuntaisia 9 paksuusvaihteluja, jolloin paperin laatutavoitteita ei yleensä saavuteta.

cm Lisäksi telat aiheuttavat ylimääräistä tärinää kalanteriin sekä melua.

i 30

Paperikoneen ja paperin jälkikäsittelylaitteiden liikkuvat ja pyörivät osat ^ aiheuttavat myös värähtelyjä näiden laitteiden perustuksiin. Nämä vä- § rähtelyt haittaavat ajotilannetta ja saattavat aiheuttaa pysyviä tuennan S muutoksia. Lisäksi samalle perustalle sijoitettujen eri koneenosien/lait- 35 teiden aiheuttamat värähtelyt aiheuttavat värähtelyjen yhteisvaikutuk- 2 siä, mikä johtaa koko koneen periodiseen tai kaoottiseen värähtely-käyttäytymiseen.

Värähtelyjen eliminoimiseksi ja vähentämiseksi paperikoneissa ja 5 paperin jälkikäsittelylaitteissa on esitetty erilaisia ratkaisuja. Fl-patentis-sa 110713 on esitetty vaimenninlaite nippikosketuksessa olevan tela-parin värähtelyn vaimentamiseksi. Vaimenninlaite on asennettu telojen laakeripesien väliin tai telan laakeripesän ja koneen rungon väliin. Vaimenninlaitteessa on kaksi keskenään lomittuvaa liitoselintä, joista 10 ainakin toisen liitoselimen sivupintoihin kohdistetaan hydraulisella toimilaitteella voima, jolla liitoselimet puristetaan toisiaan vasten.

Fl-patentissa 85166 on esitetty ratkaisu nipin muodostavan telaparin telojen värähtelyjen vaimentamiseksi, jossa telat tuetaan toisiinsa hyd-15 raulisella vaimenninlaitteella. Vaimenninlaitteessa on mäntä-sylinteri-laite, johon johdetaan ja josta poistetaan hydraulista painevällainetta. Telaparin telat saavat aikaan mäntä- sylinterilaitteen keskinäistä liikettä ja paineväliaineen virtausta. Värähtelyjen vaimentaminen tapahtuu vahvistamalla mainittua paineväliaineen virtausta ja kuristamalla 20 aikaansaatua, vahvistettua virtausta.

EP-julkaisussa 819638 on esitetty ratkaisu kiinnirullaimen painotelan värähtelyjen vaimentamiseksi. Ratkaisussa laakeripesään kiinnitetään painesylinteri, jonka painelinjoissa on kuristus sylinterin liikkeen vai-25 mentamiseksi. Painesylinterinä voi toimia painotelan kuormitussylinteri, ^ jota kuristetaan sopivalla tavalla.

C\J

CT) 9 Myös mineraalimateriaalien prosessointilaitteissa, kuten murskaimissa, c\i seuloissa, sihdeissä ja kuljettimissa esiintyy näiden koneiden toimin- ϊ 30 nasta aiheutuvia monenlaisia tärinöitä. Esimerkiksi murskattavan ma-

CL

teriaalin syöttäminen murskaimeen aiheuttaa iskuja ja tärinää koko S murskaimeen. Mineraalimateriaalien prosessointilaitteiden tärinöitä ja § värähtelyjä vaimennetaan nykyään jousilla ja suurikokoisilla hydrauli- ° sylintereillä.

35 3

Kaikkien edellä mainittujen värähtelyjä vaimentavien ratkaisujen ongelmana on niissä käytettävien hydraulisten toimilaitteiden pitkä vasteaika havaittuihin värähtelyihin. Koska värähtelynvaimennin ei reagoi tarpeeksi nopeasti värähtelyihin, ehtivät värähtelyt aiheuttaa ongelmia lait-5 teistoissa ja valmistusprosessissa ennen tilanteen korjautumista. Voi myös syntyä tilanne, jossa värähtelynvaimennin on jatkuvasti ’’myöhässä” pitkän vasteajan vuoksi. Tällöin vaimennusta ei jatkuvasta toimilaitteen säädöstä huolimatta saada missään vaiheessa riittävälle tasolle. Syynä toimilaitteiden pitkiin vasteaikoihin on mm. toimilaitteen ra-10 kenne ja siitä aiheutuvat toiminnalliset viiveet, mutta suurin tekijä on toimilaitteisiin paineistettua väliainetta ohjaavien laitteiden hitaat vasteajat.

Paineistettua väliainetta voidaan ohjata toimilaitteisiin erilaisilla laitteilla, 15 joista eniten käytetään erilaisia venttiilejä. Kuviossa 1 on esitetty poikkileikkaus eräästä venttiilistä, joka on mahdollista yhdistää edellisten esimerkkien mukaisiin toimilaitteisiin, toimilaitteen liikkeen aikaansaavan väliaineen ohjaamiseksi niihin.

20 SäätöventtiiIissä on magneetti 1, jota ympäröi venttiilin runko 2. Magneetin yhteen sivuun on yhteydessä venttiilin kansi 3. Magneetin sydämen 1a ympärille on järjestetty käämi 4, johon johdetaan sähkövirtaa johtimen 5 kautta magneettikentän muodostamiseksi. Venttiilin kannen 3 ja magneetin sydämen 1a läpi on samankeskisesti muodos-25 tettu poraus 6 sen pituussuunnassa liikkuvaa venttiilin säätöelintä eli g karaa 7 varten. Venttiilin kara 7 on varustettu sopivalla olakkeistolla 8, ^ jolloin karan eri asennoissa väliaineen virtaus ohjautuu sisäänvirtaus- 9 kanavan 9 ja ulosvirtauskanavan 10 välillä. Magneettiin 1 on osittain c\i kosketuksissa lineaaritoimilaite, eli puhekela 11. Puhekela 11 muodosti 30 tuu rungosta 11a ja sen ympärille kiedotusta käämistä 11b. Puhe- kelaan on yhdistetty johtimet 12 sähkövirran kuljettamiseksi puhekelan ° käämin läpi. Kartiomainen, rakenteeltaan jäykkä yhdyselin 13 yhdistää

LO

§ puhekelan 11 ja karan 7. Yhdyselin 13 on yhdistetty halkaisijaltaan ° suuremmasta päädystään puhekelaan 11 ja halkaisijaltaan pienem- 35 mästä päädystään venttiilin karaan 7.

4

Venttiilin karaa 7 liikutetaan edestakaisin haluttuun suuntaan porauksessa 6, jolloin karassa olevat olakkeistot 8 asettuvat kyseisen liikkeen mukaiseen asentoon venttiilin sisäänvirtauskanavan 9 ja ulosvirtaus-kanavan 10 suhteen ja mahdollistavat näin paineistetun väliaineen vir-5 taamisen sisään ja ulos venttiilistä. Karan 7 liike saadaan aikaan syöttämällä sähkövirtaa puhekelan 11 käämiin, joka saa aikaan puhekelan 11 liikkumisen lineaarisesti. Yhdyselin 13 liikkuu puhekelan liikkeen mukaisesti ja liikuttaa samalla venttiilin karaa 7. Puhekelan toiminta ja liikkuminen magneettikentässä on alan ammattimiehelle sinänsä tun-10 nettua, joten sitä ei tässä yhteydessä ole selitetty sen tarkemmin.

Edellä kuvattu venttiili on sinänsä toimiva, mutta sillä on eräitä huomattavia epäkohtia. Kyseinen venttiili on, kuten edellä selostetusta huomataan, monimutkainen rakenteeltaan. Tämän vuoksi se on hankala val-15 mistaa. Tämän nostaa venttiilin valmistuskustannuksia ja tekee siitä loppu käyttäjälleen kalliin komponentin. Monimutkaisen rakenteen vuoksi venttiilin huoltaminen ja osien vaihtaminen niiden rikkouduttua on hankalaa, jollei peräti mahdotonta.

20 Venttiilin askelvaste on hidas, eli venttiilin kara reagoi ohjauskäskyihin hitaasti. Tämä johtuu siitä, että venttiilin kara on painava, mikä hidastaa sen liikettä. Tämä myös hidastaa paineistetun väliaineen virtausta venttiilin ulostuloportista. Väliaineen virtaus saadaan ohjauskäskyn mukaiseksi vasta, kun kara on ehtinyt liikkua oikeaan asentoon, mikä pahim-25 millään saattaa kestää useita millisekunteja. Venttiilin hidas askelvaste ^ aiheuttaa toimilaitteen toimintaan hitautta.

o

CVJ

9 Keksinnön lyhyt selostus 1^

CVJ

£ 30 Nyt esitettävän keksinnön tarkoituksena on siten saada aikaan säätö-

CL

venttiili paineistetun väliaineen ohjaamiseksi toimilaitteeseen, joka vält- ° tää edellä esitetyt ongelmat ja mahdollistaa toimilaitteen entistä § nopeamman ja tarkemman asemoinnin.

o

CVJ

5 Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle säätöventtii-lille on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

5 Muissa, epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että paineistetun väliaineen syöttämisessä toimilaitteeseen käytetään säätöventtiiliä, jossa paineistetun 10 väliaineen tilavuusvirtausta säätävän säätöelimen ympärille on järjestetty käämi säätöelimen liikuttamiseksi magneettikentässä. Ts. säätö-elimeen on suoraan yhdistetty sitä liikuttava elementti.

Säätöelin on muodostettu ainakin osaksi sisältä ontoksi, lieriömäiseksi 15 kappaleeksi. Venttiilissä on paineistetulle väliaineelle ainakin yksi ulos-virtauskammio. Väliaine virtaa ulosvirtauskammioon joko sisään virtaus-kammiosta tai -kanavasta virtauksenohjaimen kautta. Säätöelin on sijoitettu virtauksenohjaimen suhteen niin, että se pystyy säätämään virtauksenohjaimen läpi kulkevaa väliaineen tilavuusvirtausta. Säätö-20 elimen ulkopinnalle järjestetty käämi on paineistetun väliaineen ympäröimä.

Venttiilissä on magneetti, johon syötetyn sähkövirran avulla muodostetaan magneettikenttä. Venttiilissä käytettävä magneetti on muotoiltu ja 25 säätöelimen ulkopinnalle järjestetty käämi on sijoitettu magneetin suh- ^ teen niin, että magneettivuon tiheys on suurin mahdollinen säätöelimen ™ käämin ympäristössä. Tämä saa aikaan sen, että säätöelimen liikkeet 9 ovat nopeita ja täsmällisiä ja säätöelimen paikoitus oikeaan asemaan c\i on helppoa ja nopeaa, g 30 Q_

Magneettina voidaan käyttää joko kestomagneettia tai sähkömagneetti tia. Sähkömagneettiin voidaan syöttää joko tasavirtaa tai vaihtovirtaa.

LT)

CD

O

° Säätöelimen liikuttamiseksi magneettikentässä säätöelimen ympärille 35 järjestettyyn käämiin syötetään sähkövirtaa. Käämiin syötetään vaihto- 6 virtaa, jolloin säätöelimen liikesuuntaa virtauksenohjaimen suhteen voidaan ohjata molempiin suuntiin.

Säätöelimeen voidaan haluttaessa kiinnittää ainakin yksi jousi, joka 5 pitää säätöelimen paikoillaan silloin, kun siihen ei kohdistu ohjausta. Säätöelimeen on yhdistetty jousia useampi kuin yksi kappale ja ne on sijoitettu säätöelimeen nähden symmetrisesti sen ympärille. Jousta voidaan käyttää myös säätöelimen ympärille muodostetun käämiin sähkövirtaa johtavien virranjohtimien tukirakenteena, jolloin johtimien kestä-10 vyys paranee.

Jousen jäykkyydellä voidaan vaikuttaa venttiilin askelvasteen nopeuteen. Mikäli tarvitaan nopea askelvaste, valitaan löysä jousi, jonka ominaisvärähtelytaajuus on pieni. Hitaampaa askelvastetta varten vali-15 taan jäykkä jousi, jonka ominaisvärähtelytaajuus on suuri. Jäykän jousen tehon tarve ohjauksessa on pienempi kuin löysän jousen. Kuhunkin sovellukseen sopiva jousi voidaan määrittää laskennallisesti amplitudiresonanssin avulla seuraavasti: 20 f ={π J— m V m 2m2 (1) jossa f = taajuus 25 k = jousivakio m = karan ja jousen yhteenlaskettu massa ^ B = vaimennustekijä

CD

O

c\j Jousi ei ole välttämätön säätöventtiilin toiminnalle. Jousen aiheuttama g 30 voima on kuitenkin huomattavasti pienempi puhekelan aiheuttamaan

CL

voimaan verrattuna.

CO

o

C\J

m § Säätöventtiilin ohjaama paineistettu väliaine voi olla nestemäinen tai ° kaasumainen väliaine. Venttiilin ohjauksessa on edullista soveltaa 35 takaisinkytkentää, mutta venttiiliin liitettyä toimilaitetta voidaan ohjata myös proportionaalisesti, ilman takaisinkytkentää.

7

Ulosvirtauskanavien määrä voi sovelluskohteesta riippuen vaihdella ja niitä voi olla 1 - 20, kappaletta. Edullisesti niitä on 2 - 5 kappaletta.

5 Keksinnön mukainen erään sovellusmuodon mukainen yksittäinen venttiili toimii kuten 2/2 venttiili, jossa on kaksi liitäntäaukkoa ja kaksi karan asentoa. Erää toisen sovellusmuodon mukaan yksittäinen venttiili voidaan muodostaa myös 4/2 venttiilin mukaiseksi. Venttiilejä voidaan myös liittää toisiinsa, jolloin saadaan aikaan lukuisia eri toiminta-10 mahdollisuuksia.

Se, että säätöelin ja sitä liikuttava elementti on yhdistetty, tuo mukanaan lukuisia etuja.

15 Venttiilissä ei enää tarvita erillistä, painavaa karaa, jolloin koko venttiili on kooltaan pienempi ja painoltaan kevyempi, jolloin se on helpommin asennettavissa toimilaitteiden yhteyteen. Säätöelin itsessään on luonnollisesti myös kevyempi, jolloin sen liikuttaminen on nopeampaa ja sen myötä myös väliaineen virtauksen ohjaaminen on nopeampaa. 20 Käytännön kokeissa säätöelimen reagointiajaksi on mitattu jopa 0,1 ms/ vasteaikoja. Lisäksi on havaittu, että virtauksen nostaminen nollatilanteesta täyteen virtaukseen tai sulkeminen täydestä voidaan saada aikaan jopa noin 1 ms:ssa. Tästä kaikesta seuraa, että toimilaitteen asemointi haluttuun toimintatilaan on nopeaa.

25 ^ Yksinkertaisemman rakenteen vuoksi venttiili on myös hinnaltaan edul- ^ lisempi kuin nykyään markkinoilla olevat, miltei samanlaiseen toimin- o taan kykenevät venttiilit.

1^

CVJ

g 30 Venttiili on muodostettu siten, että se on helppo huoltaa ja kuluvat osat on helppo vaihtaa. Venttiilin sisäinen kalibrointi voidaan suorittaa hel- § posti käyttäen paineanturia.

m

CD

o ° Erityisesti värähtelyjen vaimentamisen kannalta toimilaitteen askel- 35 vasteen nopeutumisesta on suurta etua. Lisäksi venttiilin avulla voidaan saada aikaan myös muuta kuin siniaaltoa.

8

Kuvioiden Ivhvt selostus

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin 5 kuvioihin, joissa kuvio 1 esittää tunnetun tekniikan mukaisen erään venttiiliin poikkileikkauksen, 10 kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen erään säätöventtiiliin poikkileikkauksen, kuvio 3a esittää erään keksinnön mukaisen säätö venttiilin kytkentä-tavan, 15 kuvio 3b esittää erästä keksinnön mukaista toista venttiilin kytkentä-tapaa, kuvio 3c esittää hydraulisen kytkentäkaavion venttiilisarjasta, jossa 20 kaksi venttiiliä on kytketty toisiinsa, kuvio 3d esittää toimilaitteen ohjausta kahdella venttiilisarjalla, kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen erään toisen säätö venttiilin, ja 25 ^ kuvio 5 esittää erästä paperin jälkikäsittelylaitetta, jossa värähtelyjä ™ vaimennetaan erillisen toimilaitteen avulla.

CD

O

c\j Keksinnön yksityiskohtainen selostus g 30

CL

Tässä selostuksessa termillä prosessilaite tarkoitetaan paperin- ° valmistus- tai jälkikäsittelylaitteita, mineraalimateriaalien prosessointi in g laitteita tai edellä mainittuihin laitteisiin sisältyviä osia, komponentteja, ° osakokonaisuuksia ja niiden perustuksia.

35 9

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön sovellusmuoto 2/2 venttiiliksi. Kuviossa esitetty säätöventtiili 14 käsittää venttiilin rungon 15, joka on muodostettu sisältä ontoksi venttiilin osien sijoittamiseksi rungon 15 sisään. Runko voidaan muodostaa yhtenäisestä kotelomaisesta pohja- ja sivu-5 seinämät muodostavasta kappaleesta 15a sekä siihen liitetystä kansi-osasta 15b, kuten kuvion 2 sovellusmuodossa on tehty. Venttiilin runko voi myös koostua erillisistä pohja- ja kansiosista ja niihin liitetyistä sivu-seinämistä. Venttiili voidaan myös haluttaessa valmistaa ilman kantta. Venttiili on kiinnitetty kiinnityselimellä 32 toimilaitteeseen 23 siten, että 10 venttiilin kansi 15b on kosketuksissa toimilaitteeseen 23.

Rungon sisään on sovitettu magneetti 16, joka on sopivimmin sähkö-magneetti, mutta myös kestomagneettia voidaan käyttää. Magneetin käämi 17 on käämitty magneetin sydämen 16a ympärille. Magneetin 15 käämiin 17 johdetaan sähkövirtaa johtimen 18 kautta magneettikentän synnyttämiseksi.

Magneettiin 16 on ainakin osittain kosketuksissa säätöelin 19, joka on muodostettu sisältä ontoksi, lieriömäiseksi kappaleeksi. Säätöelimen 20 19 ympärille on järjestetty käämi 20. Käämiin 20 johdetaan ja siitä pois tetaan sähkövirtaa johtimien 21a, 21b kautta. Venttiilin 14 toimilaitteelle syöttämän väliaineen tilavuusvirtaa säädetään säätämällä käämiin 20 syötettävän ohjausvirran määrää ja suuntaa.

25 Magneetin sydämen 16a jatkeeksi on järjestetty ulosvirtauskammio 22, g joka on erotettu sisäänvirtauskammiosta 28 lieriömäisen seinämän 27 ^ avulla. Säätöelin 19 on järjestetty magneetin sydämen 17a ja 9 ulosvirtauskammion seinämän 27 ympärille niin, että se ulottuu koko cj seinämän 27 pituuden yli ja osan matkaa magneetin sydämen 16a ym- £ 30 pärille. Tältä osuudelta karan sisäpinta on kosketuksissa magneetin

CL

sydämen 16a ulkopintaan, o

C\J

m § Saatoelin 19 rajaa siten sisälleen venttiilin ulosvirtauskammion 22 sei- nämineen. Vastaavasti sen ulkopuolelle jää venttiilin sisäänvirtaus-35 kammio 28. Säätöelimen 19 ulkopinnalle käämitty käämi on siten 10 sisäänvirtauskammion 28 sisällä, sen sisältämän väliaineen ympäröimänä.

Ulosvirtauskammion seinämän 27 venttiilin kannen puoleiseen päähän 5 on järjestetty virtauksenohjain 25, joka ohjaa väliaineen virtausta sisäänvirtauskammiosta 28 ulosvirtauskammioon 22, silloin kun säätö-elin 19 on siirretty asentoon, jossa se ei estä virtausta. Kuvion 2 sovellusmuodossa virtauksenohjain 25 on muodostettu ulosvirtaus-kammion seinämään järjestetyistä rei’istä 25a.

10

Kuvion 2 esittämässä venttiilin 14 toimintatilassa, säätöelimen 19 toinen pää on kosketuksissa venttiilin kanteen 15b kiinnitettyyn vaimennuslevyyn 24. Tällöin se peittää virtauksenohjaimen 25 reiät 25a ja estää väliaineen virtaamisen sisäänvirtauskammiosta 28 ulos-15 virtauskammioon 22 ja siitä edelleen ulosvirtauskanavan 26 kautta venttiiliin yhdistettyyn toimilaitteeseen 23.

Venttiilin runko 15a, kansi 15b, magneetti 16 ja venttiilin kara 19 rajaa-vat venttiilin sisäänvirtauskammion 28, johon on liitetty sisäänvirtaus-20 kanava 29 paineväliaineen johtamiseksi sisäänvirtauskammioon 28.

Kuten kuviosta huomataan, magneetti 3 on muotoiltu niin, että siihen muodostuu magneettirako 30. Magneettirako 30 on kapea muodoltaan. Tällä muotoilulla saadaan aikaan tehokas magneetti, jonka magneetti-25 vuo on tasainen magneettipiirissä. Säätöelimen 19 pituus ja käämin 20 sijoituskohta säätöelimen pituuden suhteen on järjestetty niin, että kää-™ mi 20 asettuu olennaisesti magneetti rakoon 30, jolloin säätöelimen 19 o liikkeet ovat nopeita ja täsmällisiä.

I'-

C\J

£ 30 Säätöelimeen 19, symmetrisesti sen ympärille on kiinnitetty kaksi jous- ta 31 siten, että jousen ensimmäinen pää on kiinni säätöelimessä 19. ^ Jousten toinen pää on kiinnitetty sisäänvirtauskammion 28 seinämään.

§ Jouset painavat säätöelimen 19 vaimennuslevyä vasten silloin, kun S säätöelimeen ei kohdistu ohjausta. Jousta voidaan käyttää myös kää- 35 min 20 virranjohtimien 21a ja 21b tukirakenteena, jolloin johtimet saadaan kestävämmiksi.

11

Kuvion 2 mukainen säätö venttiili toimii seuraavasti:

Johtimen 18 kautta magneetin käämiin 17 johdettavan sähkövirran avulla synnytetään magneetin 16 avulla magneettikenttä. Venttiiliin 5 sisäänvirtauskammioon 28 syötetään jatkuvasti paineistettua väliainetta sisääntuloportin 29 kautta. Kun venttiiliin ei kohdistu ohjausta, eli säätöelimen 19 ympärille järjestettyyn käämiin 20 ei johdeta virtaa, jousi 31 painaa säätöelimen 19 vasten vaimennuslevyä 23. Säätöelin peittää tällöin virtauksenohjaimeen 25 järjestetyt reiät 25a ja sulkee 10 väliaineelta virtaustien sisäänvirtauskammiosta 28 ulosvirtaus-kammioon 22.

Kun säätöelimen ympärille järjestettyyn käämiin 20 johdetaan ohjausvirtaa, joka liikuttaa säätöelintä 19 poispäin vaimennuslevystä 15 avautuu väliaineelle virtaustie virtauksenohjaimen 25 reikien 25a kautta ulosvirtauskammioon 22 ja sitä kautta ulosvirtauskanavan 26 kautta venttiiliin yhdistettyyn toimilaitteeseen 27. Kun väliaineen virtausta pienennetään, liikutetaan säätöelintä 19 käämiin 20 syötettävän ohjausvirran avulla kohti vaimennuslevyä. Jouset 31 tehostavat tätä 20 liikettä.

Säätöelimen ympärille käämitty käämi voidaan muodostaa esimerkiksi käämimällä litz-lankaa tai alumiinifoliota venttiilin karan ympärille. Edullisesti käytetään litz-lankaa, joka on erittäin luja käämimateriaali. Sitä 25 käyttämällä voidaan käyttää suurempia ohjaustaajuuksia ja silti häviöt ^ ovat pienemmät. Myös muita johdinmateriaaleja, yksi- tai useampi- ™ säikeisenä lankana, voidaan käyttää käämimateriaalina.

σ> o i c5 Kuviossa 3a on esitetty eräs vaihtoehto kuviossa 2 esitetyn säätö- £ 30 venttiilin kytkemiseksi toimilaitteeseen. Kyseinen toimilaite on edelleen kytketty prosessilaitteeseen (ei esitetty kuviossa) sen värähtelyjen vai-^ mentamiseksi. Esitetty kytkentä on ns. 2/2 kytkentä. Säätö venttiili 14 § on kytketty toimilaitteeseen 23, joka tässä sovellusmuodossa on moot- ° tori. Toimilaitteena voi olla myös pumppu tai hydraulisylinteri, joka toi- 35 mii värähtelyjen vaimentimena. Venttiili 14 on kytketty linjan 34 kautta säätöyksikköön 33, joka säätää venttiilin säätöelimen ympärille järjes- 12 tettyyn käämiin syötettävän sähkövirran määrää ja suuntaa. Tämä saa aikaan halutun säätöelimen liikkeen ja paineväliaineen tilavuusvirtauk-sen linjan 35 kautta moottoriin 23. Moottorin ulostulosta on takaisinkytkentä säätöyksikköön. Sitä varten moottorin 23 ulostuloon on järjes-5 tetty väliaineen virtausta, painetta, nopeutta tai kiihtyvyyttä mittaava mittausanturi 36, josta saatava mittaustulos johdetaan linjan 37 kautta säätöyksikköön 33.

Kuviossa 3b on esitetty eräs toinen vaihtoehto kuviossa 2 esitetyn 10 säätö venttiilin kytkemiseksi toimilaitteeseen. Esitetty kytkentä on ns.

2/2 vuotovirtauskytkentä. Säätö venttiili 14 on kytketty linjan 34 kautta säätöyksikköön 33, joka säätää venttiilin säätöelimen liikkeitä edellä esitetyllä tavalla ja saa aikaan halutun paineväliaineen virtauksen linjan 38 kautta toimilaitteeseen 23. Tässä esimerkissä toimilaitteena 23 on 15 hydraulisylinteri. Vuotoliitäntään 39 on asennettu kuristin 40 vuoto-virtauksen säätämiseksi. Toimilaitteen ulostulosta on takaisinkytkentä säätöyksikköön. Sitä varten hydraulisylinterin 23 yhteyteen on järjestetty mittausanturi 41, joka voi olla lineaarianturi tai voima-anturi, josta saatava mittaustulos johdetaan linjan 37 kautta säätöyksikköön 33.

20

Kuviossa 3c on esitetty venttiilisarja, jossa kaksi säätöventtiiliä 14 on kytketty yhteen. Esitetty kytkentätapa on ns. 3/2 kytkentä, jossa toinen säätö venttiili, säätää ventti ilisarjan paineväliaineen tulovirtausta P ja toinen säätöventtiili säätää venttiilisarjasta poistuvaa paineväliaineen 25 virtausta T. 3/2-kytkentä on alan ammattimiehelle tunnettu, mistä syys- ™ tä sitä ei selitetä tässä sen tarkemmin. Molemmat venttiilit 14 on kytket- o ™ ty linjan 34 kautta säätöyksikköön 33, joka säätää kummankin säätö- o venttiilin säätöelimien liikkeitä edellä esitetyllä tavalla ja saa aikaan halutun paineväliaineen virtauksen linjan 38 kautta toimilaitteeseen 23. g 30 Tässä esimerkissä toimilaitteena 23 on esitetty hydraulisylinteri. Toimi laitteen ulostulosta on takaisinkytkentä säätöyksikköön. Sitä varten £5 hydraulisylinterin 23 karan yhteyteen on järjestetty mittausanturi 41, § joka voi olla lineaarianturi tai voima-anturi, josta saatava mittaustulos ° johdetaan linjan 37 kautta säätöyksikköön 33.

35 13

Kuviossa 3d on esitetty kytkentä, jossa neljä säätöventtiiliä 14 on kytketty toisiinsa ns. 4/3 kytkennäksi. Myös tämä kytkentätapa on alan ammattimiehelle tunnettu, mistä syystä sitä ei selitetä tässä sen tarkemmin. Kaikki säätöventtiilit 14 on kytketty linjojen 34 kautta säätö-5 yksikköön 33, joka säätää kunkin venttiilin säätöelimien 19 liikkeitä edellä esitetyllä tavalla. Säätöventtiilit 14 on kytketty toisiinsa pareittain siten, että kaksi säätöventtiiliä 14 on kytketty yhteen. Toinen pari A ohjaa paineväliainetta linjan 42 kautta toimilaitteen 23, eli hydraulisylinte-rin männän puoleiseen kammioon ja toinen pari B ohjaa paineväli-10 ainetta linjan 43 kautta hydrauIisyIinterin männän varren puoleiseen kammioon. Toimilaitteen ulostulosta on takaisinkytkentä säätöyksik-köön. Sitä varten hydraulisylinterin 23 karan yhteyteen on järjestetty mittausanturi 41, josta saatava mittaustulos johdetaan linjan 37 kautta säätöyksikköön 33.

15

Edellä on esitetty vain muutama esimerkki venttiilien kytkentämahdolli-suuksista. Myös muita kytkentöjä, esimerkiksi 4/2 tai 5/2- kytkentöjä voidaan toteuttaa.

20 Kuvioiden 3a ja 3b yhteydessä kuvatut kytkennät voidaan toteuttaa myös ilman säätöyksikköä ja siihen toimilaitteelta johdettua takaisin-kytkentää. Mikäli useampia venttiilejä on kytketty yhteen, säätöyksikkö on välttämätön, jotta venttiilejä voidaan ohjata synkronisesti halutulla tavalla, eli esimerkiksi 3/2, 4/2 tai 5/2 tyyliin. Säätöyksikön avulla voi-25 daan myös venttiilin/venttiilien ohjaus toteuttaa halutusti, esimerkiksi ^ proportionaalisesti, servotyyliin tai on/off- toimisesti.

C\J

o Kuviossa 4 on esitetty keksinnön sovellusmuoto 4/2 venttiiliksi. Kuvios- cG sa esitetyssä säätöventtiilissä 14 on venttiilin runko 15. Rungon sisään £ 30 on sovitettu magneetti 16, jonka ympärille on käämitty magneetin käämi 17. Magneettiin johdetaan sähkövirtaa johtimen 18 kautta. ^ Magneettiin on ainakin osittain kosketuksissa säätöelin 19, jonka ym- § parille on järjestetty käämi 20. Käämin tarvitsemaa sähkövirtaa varten ° siihen on yhdistetty johtimet 21 a ja 21 b. Venttiilin 14 toimilaitteelle syöt- 35 tämän väliaineen tilavuusvirtaa säädetään säätämällä säätöelimen 19 käämiin 20 syötettävän ohjausvirran määrääjä suuntaa.

14

Paineväliaineen syöttämiseksi venttiiliin 14, siihen on järjestetty läpivienti virtauskanavaa 29 varten. Se ulottuu yhtenäisenä koko venttiilin läpi ja on jaettu sulkutulpalla 46 sisäänvirtauskanavaan 29a, ja ulos-5 virtauskanavaan 29b. Sisäänvirtauskanava 29a on osaksi magneetin 16 ympäröimä. Ulosvirtauskanava 29b on rungon ympäröimä.

Erilleen virtauskanavasta 29, venttiiliin 14 on järjestetty kaksi ulosvirtauskammiota 22a ja 22b. Sisäänvirtauskanavasta 29a on järjes-10 tetty läpivienti 44 väliaineen johtamiseksi ensimmäiseen ulosvirtaus-kammioon 22a. Ulosvirtauskanavasta 29b on järjestetty läpivienti 45 väliaineen johtamiseksi toiseen ulosvirtauskammioon 22b. Läpiviennit toimivat venttiilin virtauksenohjaimina.

15 Säätöelin 19 on järjestetty liikkumaan ulosvirtauskammioissa 22a ja 22b. Säätöelimen 19 pituus on valittu niin, että se ulottuu ensimmäisestä ulosvirtauskammiosta 22a toiseen ulosvirtauskammioon 22b, jolloin osa sen pituudesta on kosketuksissa magneetin 16 pintaan. Säätö-elin 19 on asennettu niin, että se ympäröi virtauskanavaa 29. Säätö-20 elimen 19 pinnalle käämitty käämi 20 on toisen ulosvirtauskammion 22a sisällä, sen sisältämän väliaineen ympäröimänä.

Säätöelimen 19 sisäpintaan on järjestetty urat 47, jotka ohjaavat väliainetta sisäänvirtauskanavasta 29a ja/tai ulosvirtauskanavasta 29b 25 ulosvirtauskammioihin 22a ja 22b. Väliaineen virtausta ohjataan liikut- ^ tamalla säätöelintä 19 kuvioon merkityn nuolen mukaisesti. Kuviossa ™ esitetyssä tilanteessa säätöelin 19 on sellaisessa asemassa, että väli- 9 aineen virtausta virtauksenohjaimien 44 ja 45 kautta ulosvirtaus- £i kammioihin 22a ja 22b ei tapahdu. Kun säätöelintä 19 liikutetaan £ 30 jompaankumpaan suuntaan, väliaine pääsee virtaamaan läpiviennin 44 ja jonkin uran 47 kautta sisäänvirtauskanavasta 29a ensimmäiseen ^ ulosvirtauskammioon 22a. Vastaavasti ohjataan väliaineen virtausta § läpiviennin 45 ja uran 47 kautta ulosvirtauskanavasta 29b toiseen oj ulosvirtauskammioon 22b. Säätöelin voidaan liikuttaa myös sellaiseen 35 asentoon, että väliaine pääsee samanaikaisesti virtaamaan molempien virtauksenohjaimien 44 ja 45 kautta ulosvirtauskammioihin 22a ja 22b.

15

Ulosvirtauskammiot 22a ja 22b ovat yhteydessä toimilaiteelle väliainetta johtaviin ulosvirtauskanaviin 26a ja 26b. Venttiiliin on myös asennettu säätöelimen liikettä tehostavia jousia 31.

5 Kuviossa 5 on esitetty monitelakalanteri 50, jonka värähtelyjä vaimennetaan yhdellä tai useammalla toimilaitteella, jossa käytetään keksinnön mukaista venttiiliä. Monitelakalanterissa on runko 51, joka on tuettu kalanterin perustuksiin 52. Kalanterin telat 53, joiden lukumäärä voi vaihdella, järjestetty päällekkäin, niin, että peräkkäiset telat ovat nippi-10 kosketuksessa toisiinsa. Raina W tuodaan kalanteriin ja ohjataan ohjaustelojen 54 avulla kalanterin läpi alhaalta ylöspäin niin, että se kulkee jokaisen nipin läpi.

Kuviossa on kaavamaisesti esitetty kolme toimilaitetta 55, 56 ja 57. 15 Toimilaitteet voivat olla mitä tahansa toimilaitteita, joihin ohjataan paineistettua väliainetta venttiilin avulla. Toimilaite 55 on järjestetty vaimentamaan kalanterin perustuksissa 52 esiintyviä värähtelyjä ja toimilaite 56 on järjestetty vaimentamaan kalanterin rungossa 52 esiintyviä värähtelyjä. Toimilaite 57 on järjestetty yhden kalanteritelan 53 järjes-20 tetyn kevennysvarren 58 yhteyteen vaimentamaan siinä esiintyviä värähtelyjä.

Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa edellä esimerkinomaisesti esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan keksintöä on tarkoitus laajasti soveltaa 25 seuraavassa määriteltyjen patenttivaatimusten määrittelemän keksin-5 nöllisen ajatuksen puitteissa. Säätöventtiilin avulla voidaan ohjata ^ monenlaisia väliaineita. Sekä nesteet, kaasut että neste-kaasuseokset O) 9 soveltuvat ohjattaviksi. Säätöventtiiliä voidaan siten käyttää ohjaamaan ci väliainetta sekä hydraulisiin että pneumaattisiin toimilaitteisiin, ϊ 30 ο- οο o c\j

LTO

CD

O

O

C\J

Claims (13)

1. Säätöventtiili paineistetun väliaineen ohjaamiseksi toimilaitteeseen (23), joka toimilaite (23) on järjestetty vaimentamaan siihen yhteydessä 5 olevan prosessilaitteen värähtelyjä, jossa säätöventtiiIissä on: - runko (15), - magneetti (16) magneettikentän aikaansaamiseksi, - sisäänvirtauskanava (29a) väliaineen virtausta varten, - ensimmäinen ulosvirtauskanava (26a) väliaineen virtausta var- 10 ten, - toinen ulosvirtauskanava (29b) väliaineen virtausta varten, - virtauksenohjain (44) väliaineen virtauksen ohjaamiseksi, ja - säätöelin (19), joka on lieriömäinen ja jonka ympärille on järjestetty käämi (20) säätöelimen liikuttamiseksi magneetin magneet- 15 tikentässä ja joka on järjestetty liikkumaan virtauksenohjaimen (44) suhteen, virtauksenohjaimen läpi virtaavan väliaineen tilavuusvirran säätämiseksi, tunnettu siitä, että: - säätöventtiili käsittää lisäksi ulosvirtauskammion (22a), joka on 20 yhteydessä ensimmäiseen ulosvirtauskanavaan (26a), - säätöelin (19) on järjestetty liikkumaan ulosvirtauskammiossa (22a), - virtauksenohjain (44) on järjestetty ohjaamaan väliaineen virtausta sisäänvirtauskanavasta (29a) ulosvirtauskammioon (22a), 25. magneetti käsittää sydämen ja magneettiraon (30), ja lisäksi ^ magneetin sydän on järjestetty ympäröimään sisäänvirtauskana- ™ vaa (29a), 9. sisäänvirtauskanava (29a), toinen ulosvirtauskanava (29b) ja c\i säätöelin (19) on järjestetty samankeskisesti niin, että säätöelin £ 30 (19) ympäröi toistensa jatkeena olevia sisäänvirtauskanavaa (29a) ja toista ulosvirtauskanavaa (29b), - säätöelin (19) on asennettu magneettiraon (30) suhteen siten, § että säätöelimen käämi (20) asettuu ainakin osaksi magneettira- ° koon (30) ja ympäröimään magneetin sydäntä. 35

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, että käämiin (20) on yhdistetty ainakin yksi johdin (21a, 21b) sähkövirran syöttämiseksi käämiin (20) ja että säätöelin on järjestetty liikkumaan magneetin (16) synnyttämässä magneettikentässä käämiin (20) syöte- 5 tyn sähkövirran vaikutuksesta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, että säätöventtiilissä on lisäksi toinen virtauksenohjain (45) väliaineen johtamiseksi toisesta ulosvirtauskanavasta (29b) toiseen ulosvirtauskam- 10 mioon (22b).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, että ainakin yksi läpivienti (44) on järjestetty sisäänvirtauskanavan (29a) seinämään ja ainakin yksi läpivienti (45) on järjestetty toisen ulosvir- 15 tauskanavan (29b) seinämään.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, että säätöelimen (19) pituus on valittu niin, että se ulottuu ensimmäisen ja toisen ulosvirtauskammion (22a, 22b) sisälle. 20

6. Jonkin patenttivaatimuksen 3 - 5 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, että säätöelin on sijoitettu ensimmäisen ja toisen ulosvirtauskammion (22a, 22b) suhteen niin, että säätöelimeen (19) järjestetty käämi (20) on yhdessä ulosvirtauskammiossa (22a, 22b). 25

^ 7. Jonkin patenttivaatimuksen 3-6 mukainen säätöventtiili, tunnettu ™ siitä, että säätöelimen (19) sisäpintaan on järjestetty ainakin yksi ura 9 (47) virtauksenohjaimen (44, 45) kautta virtaavan väliaineen johtamiin seksi ulosvirtauskammioon (22a, 22b). I 30

8. Patenttivaatimuksen 1 tai 6 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, CO S että käämi (20) on väliaineen ympäröimä. LO CD O

9. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, 35 että säätöelin (19) on järjestetty liikkumaan lisäksi toisen virtauksen- ohjaimen (45) suhteen, virtauksenohjaimien (44, 45) läpi virtaavan väliaineen tilavuusvirran säätämiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, että 5 säätöventtiilissä on ainakin yksi jousi (31).

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, että magneettiin (16) on järjestetty magneetin käämi (17) ja käämiin on yhteydessä johdin (18) sähkövirran syöttämiseksi magneetin käämiin 10 (17).

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, että prosessilaite on yksi seuraavista: paperinvalmistus- tai jälkikäsittely-laite, mineraalimateriaalien prosessointilaite tai jokin edellä mainittujen 15 laitteiden osa.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätöventtiili, tunnettu siitä, että väliaine on neste tai kaasu. C\J δ C\J i O) o CVJ X X Q- co o CVJ m CD o o C\J