FI59464B - Ventilanordning foer skydd av ledningssystem mot oavsiktliga trycksaenkningar - Google Patents

Description

ΙΓ r, KUULUTUSJULKAISU r Λι/ι

LbJ (11) uTLAGG N I NGSSKRI FT 59464 (W Patentti Tiy'nn rlly 10 03 1001 ^ (51) Ky.ik.Wa? V 15 β120/00 // P 16 K 17/22 SUOM I — FI N LAN D (21) P*Mnttlh*k*mu* —P*t«nt*n»6lt»iin| 752993 (22) Hakmniipilvl —Amttknlngadtf 27-10.75 (23) AlkupiM — Giltl«h«t*dag 27.10.75 (41) Tullut Julkis·kai — Bltvlt effantllg 29.0i+. 76

Patentti- j. rekisterihsllltu· NUrtiv«c..p«on J. kuuLJultalem pvm.-

Patent- och raglstarstyralaan ' Amekan utiagd oeh utUknftw pubiicend 30. oU. 81

(32)(33)(31) Pyydetty «uotke»—B«fird prlorltst 28.lO.7U

I9.O8.75 Ruotsi-Sverige(SE) 7^+13556-7, 75092U7-8 (71) SMT-Pullmax AB, Marieholmsgatan 10, Ull 01 Göteborg, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Lennart Werner Freese, Järfälla, Ruotsi-Sverige(SE) (71*) Leitzinger Oy (5U) Venttiiliinite johtojärjestelmän suojaamiseksi tahattomia paineenalen-nuksia vastaan - Ventilanordning för skydd. av ledningssystem mot oav-siktliga trycksänkningar Tämä keksintö kohdistuu ventti.ililaitteeseen johtojärjestelmän suojaamiseksi tahattomia paineenalennuksia vastaan, esim. järjestelmässä esiintyvien murtumien tai vuotojen sattuessa, jolloin laite on liitetty järjestelmän erittäin riskialttiiseen johto-osaan, esim. siihen kuuluvaan taipuisaan letkuun, ja käsittää johto-osan sisääntuloon järjestetyn sulkuventtiilin, joka ei-toivotun paineenalennuksen esiintyessä johto-osassa automaattisesti. sulkee tai estää virtauksen johto-osan läpi, joka venttiili on normaalisti, auki ja tällöin aiheuttaa läpivirtaavaan väliaineeseen kohtalaisen vastuksen aiheuttaen tietyn paineenalennuksen venttiilin yli.

Letkun murtumissuojaventtiileitä käytetään esimerkiksi, hydrauli sissa kaivin-, nosto- ja kuormauskoneissa ja niiden tehtävänä on ensisijassa estää koneen hydraulisesti käytetyn työvälineen, esim. kaivi.nkauhan äkillinen syöksyminen maahan, jos ne letkut, joiden kautta korkeapai.neöljyä johdetaan työvälineen hydrauliseen sylinteriin tai. syli.nterei.hi.n ja siitä tai niistä pois, puhkeavat työvälineen ollessa kohotetussa asemassa. Tällainen tapahtuma voi ilmeisesti. aiheuttaa tuhoisia seurauksia ja edustaa ilmeistä vaara- 2 59464 tekijää kaikissa kysymyksessä olevaa laatua olevissa työkoneissa ja laitteissa.

Tällaisten onnettomuustapahtumien välttämiseksi käytetään mainittuja letkun murtumaventti.ileitä, jotka sijoitetaan välittömästi hydraulisen sylinterin tai sylintereiden poistoputken läheisyyteen, siis sen korkeapaineletkun tai niiden korkeapaineletkujen eteen, jotka yhdistävät sylinterin tai sylinterit kyseessä olevan koneen käyttöventtiiliin ja pääsäiliöön tai pumppuun. Erästä tunnettua tällaista letkun murtumaventtiiliä voidaan toiminnaltaan kuvata "takaperoiseksi" takaiskuventtiiliksi, jonka vent-tiilikappale niin muodoin on jousikuormitettu avointa tilaa kohti ja siten sallii vapaan läpivirtauksen kumpaankin suuntaan. Jos kuitenkin virtausnopeus venttiilin läpi, ts. sylinteristä käyttö-venttiilin paluuletkuun, ylittää tietyn valitun arvon, mikä siis tapahtuu, kun letkun murtuminen tapahtuu korkealla paluupaineella, järjestelmän jousi-venttiilikappale on sovitettu siten, että vent-tiilikappale tempautuu nestevirran mukaan voittaen jousivoiman ja sulkee venttiilin. Tällöin sylinterin poi stoputki. sulkeutuu ja työvälineen liike pysähtyy.

Vaikea epäkohta tämän tyyppisillä ja samantapaisilla letkun murtu-missuojaventtiileillä on kuitenkin si.inä, että sulkeminen voi tapahtua myös haluamattomissa tilanteissa, esim. työvälinettä nopeasti laskettaessa koneen tavallisen toiminnan aikana. Venttiilin kriittistä läpivi.rtausnopeutta ei. nimittäin voida valita niin korkeaksi., että tällaiset sattumalta tapahtuvat ei-toivotut pysähdykset voidaan kokonaan välttää, koska työvälineen laskunopeus letkun mahdollisesti murtuessa silloin tulisi hyväksyttävää nopeutta suuremmaksi ennen kuin työväline pysähtyisi.

Niinpä keksinnön tarkoituksena on aikaansaada kyseessä olevaa laatua oleva suojaventtiililaite, jossa edellä mainitut epäkohdat vältetään siten, että venttiili on varustettu ohjaavilla välineillä, jotka tavallisen käyttötoiminnan aikana kaikissa olosuhteissa estävät läpivi rtaavan väliai neen vi.rtaustien sulkeutumi sen, mutta jotka aikaansaavat venttiilin sulkemisen silmänräpäyksessä ja ainoastaan silloin, kun letkun murtuminen tai voimakas vuoto todella tapahtuu niin, että venttiilin tulee pysäyttää ulosvirtaus kyseessä olevasta sylinteristä tai sylintereistä.

3 59464 Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi on keksinnön mukainen venttii-lilaite tunnettu siitä, että sellainen virtausta tunnusteleva elin, joka aikaansaa läpivirtaavassa väliaineessa virtauksen suuruudesta riippuvan paineenalennuksen, käsittäen esimerkiksi sinänsä tunnetun kuristuslaipan tai venturikuristuksen, on sovitettu putki-osan ulostuloon, jolloin sulkuventtiili ja virtausta tunnusteleva elin ovat liitetyt paineenvertai.lulaitteeseen, joka on järjestetty vertaamaan venttiilin ja elimen yli vaikuttavia paineenalen-nuksia ja saattamaan sulkuventtiili sulkemaan virtaus johto-osasta jos virtausta tunnustelevan elimen ja sulkuventtiilin yli vaikuttavien paineenalennusten välinen suhde alittaa tietyn arvon.

Keksinnössä siis valvotaan, vastakohtana tunnetuille laitteille, riskialttiin johto-osan molempia päitä, eikä ainoastaan määrättyä kohtaa suojattavan johto-osan sisääntulopuolella. Keksinnön mukaisen venttiililaitteen erityisinä etuina ovat sen toimintanopeus ja selektiivisyys, mikä tarkoittaa sitä, että venttiili lai te ei ai heuta normaalikäytössä tahattomia pysäytyksiä, vaikka esim. kuormaus-tai kaivinkonetta käytetäänkin täydellä nopeudella, jolloin öljy virtaa suurella nopeudella edestakaisin johdoissa, mutta kuitenkin sulkeminen tapahtuu riittävän nopeasti murtuman tai. vuodon aiheuttaman paineenalennuksen seurauksena, jotta vältetään sekä onnetto-muusvaara että öljyn räjähdysmäisen ulospurkautumisen ympäristölle aiheuttamat haitat.

Keksinnön muutamia sovellutusmuotoja tullaan nyt selittämään esi-merkkitarkoituksessa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaisen suojaventtiili-laitteen valmistusta.

Kuvio 2 esittää suuremmassa koossa kuvion 1 osan yksityiskohtaa.

Kuvio 3 esittää painediagrammia, joka havainnollistaa paineolosuh-teita keksinnön mukaisen venttiililaitteen valvomassa nestettä johtavan järjestelmän johto-osassa.

i 4 59464 $

Kuvio 4 esittää samalla tavalla kuin kuvio 1 keksinnön mukaiseen venttiililaitteeseen kuuluvan sulkuventtiilin muutettua sovellutusmuotoa.

Niinpä kuviossa 1 esitetään tässä tapauksessa nestettä johtavan järjestelmän keksinnön mukaan valvottu johdon osa, jonka muodostaa esimerkiksi taipuisa letku 46, joka voi kuulua esimerkiksi kuormaus-| koneen kaksitoimisen nostosylinterin L ja sen kanssa yhdessä toimivan ohjausventtiilin käyttöventtiilin M väliseen hydrauliseen yhteyteen. Käyttöventtiili on toisaalta yhteydessä ilmasylinterin kanssa syöttöjohdon 13 ja paluujohdon 12 välityksellä ja toisaalta hydrau-i lisen painelähteen, esim. pumpun P ja sumpun S kanssa. Letku 46 on kytketty paluujohdon 12 sisään ja keksinnön periaatteiden mukaan letkun 46 tulopäähän on sovitettu sulkuventtiili 20. Tämä käsittää venttiilin pesän 16 tulo- ja poistoliittimineen vastaavasti 14 ja 15 | sekä läpikulkevan kanavan 21, jossa venttiilikappale 18 liikkuu I, I aksiaalisesti. Venttiilikappaletta ohjaa toisaalta pitkin sen ympärystä sovitetut siivet 17, jotka liukuvat kanavan 21 seinämää vastaan ja toisaalta lieriömäinen ohjaustappi 22, joka on liukuvasti sovitettu kuristuksen aukkoon, jolloin venttiilin istuin 28 on tehty venttiilin pesän osaksi. Ohjaustappi 22 on varustettu syvennyksillä 23 niin, että neste venttiilin kuviossa 1 esitetyssä avoimessa tilassa voi virrata vapaasti venttiilikappaleen 18 ohi ja ulos ohjaustapissa 22 olevien aukkojen tai syvennysten 23 kautta ja edelleen letkuun 46. Kuten käy selville kuviosta 1, venttiilikappale 18 on muodostettu 1 kuviossa oikealla olevassa päässään kartiomaiseksi venttiilipinnaksi 26, joka on tarkoitettu toimimaan yhdessä venttiilin istukan 28 kanssa , venttiilin sulkemiseksi.

• Sulkuventtiili 20 pidetään pakotetusti esitetyssä avoimessa tilassaan salpalaitteen 30 välityksellä, joka yksinkertaisimmassa muodossaan l käsittää salpamännän 36, joka on sovitettu venttiilin pesässä 16 I olevaan lieriömäiseen kammioon 39. Salpamäntä 36 on varustettu ulko-I nevalla salpatapilla 34, joka on sovitettu tarttumaan venttiilikappa-l leessa 18 olevaan uraan tai syvennykseen 24, kuten kuvio 1 esittää, ; jolloin jousi 38 työntää salpamäntää 36 ulospäin esitettyyn salpaus-' asemaan. Salpalaitetta 30 ohjataan letkun 46 poistopäähän sovitetulla ‘ virtauksen tuntevalla välineellä tai elimellä 100, vaikka ei suoraan I tällä, vaan epäsuorasti säätöventtiilin tai ohjausventtiilin 50 kautta.

5 59464

Ohjausventtiili 50 on sovitettu sulkuventtiilin 20 pesään 16 ja käsittää venttiilin kuulan 52, joka toimii yhdessä pienen liikkuvan männän muotoisen ohjausluistin 54 kanssa. Venttiilin kuula 52 on sovitettu lieriömäiseen kammioon 56 ja tiiviisti nojaamaan istukkaa 58 vasten, jonka tehollinen tiivistysläpimitta vastaa suurin piirtein istukan rajoittavan kammion 60 läpimittaa. Tämä on kanavan 62 välityksellä yhteydessä kammion 39 salpamännän 36 alapuolelle. Ohjausluisti 54 on varustettu suurin piirtein keskeisellä laipalla 64, samalla kun luisti muuten oikealla ja vasemmalla tästä laipasta muodostaa ulkonevat kaulat vastaavasti 63 ja 65, joiden läpimitta d2 vastaa kuulan 52 vastaanottavan kammion 56 läpimittaa. Ohjausluistin piirustuksessa vasemmanpuoleinen kaula 65 on sovitettu liukuvasti tähän kammioon 56, samalla kun luistin oikeanpuoleinen kaula 63 on sovitettu liukuvasti kammioon 66, joka esimerkiksi on tehty venttiilin pesään 16 kierrettyyn tulppaan 67, joka sulkee ohjausluistijärjestelmän ulospäin.

Ohjausluistin 54 lieriömäisen laipan 64 ulkoläpimitta on d^ ja laippa sijaitsee kammiossa 68, jonka läpimitta on suurempi ja se voi siirtyä jousen 72 vaikutuksesta vasemmalle kammiossa 70, jonka läpimitta on d^r joten laippa liukuu tiivistyksen alaisena kammion seiniä vastaan. Samat läpimitat d2 omaavat kammiot 56 ja 66 ovat yhteydessä toistensa kanssa ohjausluistin 54 läpikulkevan kanavan 75 välityksellä. Luistin vasempaan päähän, ts. ohjausluistin kaulaan 65 on tehty lovet 76. Kammio 66 on lisäksi yhteydessä tulpassa 67 olevien säteettäisten kanavien ja pesässä 16 olevan kanavan välityksellä sulkuventtiilin poistopuoleen, kts. kuvio 2.

Letkun 46 poistopäähän sovitetusta virtauksen tuntevasta välineestä 100 puuttuu liikkuvat osat ja se käsittää kuristuslaipan eli suppilo-solan tai kuristuksen 105, jotta sinänsä tunnetulla tavalla aikaansaataisiin painesignaali, joka liittyy ohikulkevaan tilavuusvirtaukseen. Virtauksen tuntoelin käsittää pesän 102, jossa on läpikulkeva kanava tuloaukkoineen 104 ja poistoaukkoineen 106, joiden aukkojen välille kuristus 105 on tehty. Paine tuloaukossa 104, ts. kuristuksen 105 tulopuolella tunnetaan pesässä 102 olevan kanavan 108 välityksellä, samalla kun paine poistoaukossa 106 tunnetaan kanavan 109 välityksellä. Taipuisan kaksoisletkun 80 välityksellä, jonka muodostaa ulomman letkun 84 sisään sovitettu sisempi letku 82, virtauksen tuntoelin 100 on yhteydessä sulkuventtiilin 20 kanssa, jolloin sisempi letku 82 on yhdistetty kanavan 109 kanssa ja ulompi letku 84 kanavan 108 kanssa.

6 59464

Paine-ero, joka esiintyy suppilosolakuristuksen 105 tulo- ja poisto-puolen välillä, siirtyy siten letkujen 84 vast. 82 kautta sulkuvent-tiiliin 20, lähemmin määriteltynä siten, että letku 84 pesässä 16 olevan kanavan 69 välityksellä on yhteydessä kammion 68 kanssa, samalla kun letku 82 on yhteydessä kanavan 71 välityksellä kammion 70 kanssa.

Kun ohjausventtiili 50 on kuviossa 1 esitetyssä poistotilassaan, ts. luisti 54 on vasemmanpuoleisessa pääteasemassa, erotetaan ohjausluistin laipan 64 vasemmalla ja oikealla puolella olevat kammiot 70 ja 68 toisistaan sen ansiosta, että laippa tässä asemassa on liukunut kammion 70 sisään tiivistyksen alaisena tämän seiniä vastaan. Siitä, mitä juuri on selitetty koskien virtauksen tuntoelimen liitäntää, käy selville, että ohjausventtiilin tässä tilassa paine vaikuttaa virtauksen tuntoelimen tulopuoleen kanavan 108, letkun 84, kanavan 69 ja laipan 64 oikealla puolella olevan kammion 68 kautta, samalla kun paine virtauksen tuntoelimen poistopuolella vaikuttaa laipan 64 vasempaan sivuun kanavan 109, letkun 82, kanavan 71 ja kammion 70 kautta.

Nyt tullaan selittämään kuvioissa 1 ja 2 esitetyn venttiilin toimintatapaa, jolloin ensin oletetaan, että letku 46 on ehjä, ts. ei esiinny mitään merkittävää vuotoa venttiilin 20 ja virtauksen tintoelimen 100 välillä, vaan neste virtaa ilman vuotohäviöitä sylinteristä L nuolien suunnassa letkun 46 kautta. Virtauksen johdosta syntyy sulkuventtiilissä 20 paineenlasku, joka on merkitty Ap^llä kuviossa 3, joka esittää järjestelmän pääosia, sovitettuna peräkkäin ja näiden alla olevaa painediagrammaa, joka esittää järjestelmän paineolosuhteitä. Diagrammassa käyrä A-B-C-D esittää, kuinka paine laskee venttiilin 20 tulopuolelta virtauksen tuntoelimen 100 poistopuolelle. Paineenlasku virtauksen tuntoelimissä pisteiden C ja D välillä on merkitty Δ p2:lla. Koska mitään virtausta ei esiinny ohjausjohdon 80 kautta (kuten aikaisemmin on mainittu ja kuten on esitetty kuviossa 1, katkeaa yhteys ohjausjohdon molempien osien 82 ja 84 välillä ohjausluistin 54 laipan 64 vaikutuksesta, joka laippa tässä asemassa erottaa kammiot 68 ja 70 toisistaan) vallitsee sama paine kammiossa 70 kuin pisteessä C, ts. virtauksen tuntoelimen kanavassa 108, samalla kun paine kammiossa 70 on sama kuin paine pisteessä D, ts. virtauksen tuntoelimen kanavassa 109. Saman paine-eron Δρ2, joka vallitsee virtauksen tuntoelimessä 100 ja jonka aiheuttaa sen suppilosolakuristus 105, vallitsee siis ohjausluisti-laipan 64 kautta ja aiheuttaa kuviossa 1 vasemmalle suunnatun voiman 7 59464 laippaan edellytetyssä virtaussuunnassa virtauksen tuntoelimen läpi. Aikaisemmin mainituilla läpimittamerkinnöillä tämän voiman suuruudeksi tulee

Fv - *p2 . aP2.Ä2

Toisaalta kuulaan 52 vaikuttaa oikealle suunnattu voima, joka vastaa paineenlaskua sulkuventtiilissä. Kammiossa 60 kuulasta vasemmalle, joka kammio kanavan 62 välityksellä on yhteydessä kammion 39 kanssa salpamännän alapuolella, vallitsee siten suurin piirtein sama paine kuin sulkuventtiilin tulopuolella, samalla kun kammio 56, jonka paine vaikuttaa kuulan 52 oikeaan puoleen, on yhteydessä kanavien 75 ja 74 välityksellä sulkuventtiilin poistopuolen kanssa ja koska paine tässä on alempi, syntyy oikealle suunnattu nettovoima kuulaan. Tämän voiman suuruus tiedolla, että kuulan istukan 58 tehollinen tiivistysläpi-mitta on d^, kts. kuviota 2, lasketaan kaavasta nd2

Fh = ΔΡι —1 = ΔΡ1·Α1 Jättäen huomioonottamatta jousen 72 voima tulee sen vuoksi olemaan ehtona, jotta ohjausluisti 54 tulisi pysymään kuviossa 1 esitetyssä vasemmanpuolisessa asemassaan ja siten pitämään kuulan 52 nojaamassa tiiviisti istuinta vastaan, ts. sulkemaan kanavan 62 ja siten kammion 39 poistopuolen, että F > F. v h γΔρ2·Α2 >Δρ1*Α1, ts. - P2 > -1 Δ Pl Ä2

Jos esimerkiksi pinta-alasuhde Α^/Α2 = 1:4, mitoitetaan siis virtauksen tuntoelimen suppilosolakuristus tai kuristuslaippa 105 siten, että Δρ2 on suurempi kuin 0,25 x Δρ^ samalla virtauksella sulkuventtiilin ja virtauksen tuntoelimen läpi. Salpamäntä 36 pysyy salpatapillaan 34 tartunnassa venttiilikappaleen 18 kanssa ja estää tämän menemisen sulkuasemaan, sen ansiosta, että kammion 39 poistopuoli salpamännän alapuolella on suljettu.

Jos nyt selitetyt olosuhteet vallitsevat tietyllä virtauksella letkun , 46 kautta, tulevat ne myöskin vallitsemaan muilla virtausarvoilla, j ! I 8 59464 ; koska paineenlaskut Δρ^ ja Δρ2 silloin tulevat muuttumaan samassa suhteessa, ts. suhteessa virtauksen neliöön.

Jos sitä vastoin huomattava ulkoinen vuoto syntyy letkussa 46, esim.

| kuviossa 2 E:llä merkityssä kohdassa, paineenlasku pienenee sekä [ letkussa tämän kohdan jälkeen että virtauksen tuntoelimessä riippuen i ' pienemmästä virtauksesta viimeksi mainitun läpi. Painekäyrä muuttuu ϊ f. silloin esim. kuviossa 3 esitetyksi käyräksi A-B-E-C'-D' . Paineen- ! lasku C'D' on merkitty Ap2:lla. Jos esimerkiksi virtaus laskee 30 %:lla, ts. 70 %:n virtauksesta venttiilin 20 läpi letkun tulopuolelle, tulee f j Δρ2'» 0,5 Δρ2

Sopivalla läpimittasuhteella d.,:d, pätee tässä tapauksessa, että | < F < F, v h

Kuula 52 ja ohjausluisti 54 siirtyvät tällöin oikealle, kts. kuv. 2, [ jolloin neste voi virrata kanavasta 62 kuulan 52 ohi kammioon 56, edelleen rakojen 76, kanavan 75, kammion 66 sekä kanavan 74 kautta j· venttiilin 20 poistopuolelle. Paine-reron johdosta, joka syntyy salpa- • männän 36 ylä- ja alasivun välillä, mäntä painuu alaspäin ja vapaut-; taa venttiilikappaleen 18, joka silloin välittömästi tempautuu virtauksen mukana oikealle ja sulkee venttiilin ulostulon, ts. sulkee ulosvirtauksen sylinteristä L.

Sama tapahtuu luonnollisesti vielä suuremmalla vuodolla letkussa 46 ί tai jos tämä menee kokonaan rikki. Viimeksi mainitussa tapauksessahan • paine laskee virtauksen tuntoelimessä 100 nollaan (Δρ2 = O) .

t \ ΐ Näin selitetty venttiililaite toimii automaattisena sulkuvartijana, l joka sallii vapaan virtauksen niin kauan kuin valvottava johdon osa, f siis tässä tapauksessa letku 46 on ehjä, mutta pysäyttää virtauksen letkun osaan heti, kun syntyy huomattavampi vuoto.

' Virtauksella vastakkaiseen suuntaan — siis nuolilla kuviossa esitettyä suuntaa vastaan — paineenlasku tulee esiintymään vastakkaisessa suunnassa kuin kuviossa 3 on esitetty. Tällöin ohjausluisti ϊ 54 tulee siirtymään kuvioissa oikealle ja juuri mainittu yhteys 9 59464 kammion 39 salpamännän 36 alapuolella ja sulkuventtiilin poisto-puolen välillä on siten aikaansaatu. Jos letkun murtuma tai voimakas vuoto syntyy letkussa ja nesteen virtaus nostosylinteriin L kääntyy ja syöksyy sylinteristä ulos, salpamäntä painuu välittömästi alaspäin ja venttiilikappale 18 tulee nojaamaan istuintaan 28 vasten sekä sulkemaan virtauksen sylinteristä.

Tavallisissa olosuhteissa viimeksi mainitulla virtaussuunnalla, ts. suunnassa sylinteriä L kohti syntyy sekundäärivirtaus ohjaus-johdon 80 kautta, minkä johdosta ohjausluisti 54 mainitun mukaan on siirtynyt oikealle. Tällöin avautuu, kuten erityisesti käy selville kuviosta 2, yhteiskairanioiden 70 ja 68 välillä, minkä johdosta paineen-lasku virtauksen tuntoelimessä aikaansaa tietyn virtauksen tuntoelimen kanavasta 109, sisemmästä letkusta 82, kammioista 70 ja 68 sekä takaisin ulomman letkun 84 kautta virtauksen tuntoelimen kanavaan 108. Tämä on edullista esim. voimakkaasti jäähdytettäessä ja suuren välimatkan ollessa sulkuventtiilin ja virtauksen tuntoelimen välillä, koska ohjausjohdossa olevan öljyn lämpötilan täytyy olla mahdollisimman korkea, jotta järjestelmän vastavaikutusnopeus tulisi olemaan tyydyttävä. Sen ansiosta, että öljy ohjausjohdossa jatkuvasti vaihtuu, estyy sen lämpötilan aleneminen. Sen ansiosta, että ohjausjohdon molemmat osat on sovitettu sisäkkäin, tarvitsee ainostaan toinen, nimittäin ulompi letku mitoittaa täyttä järjestelmän painetta varten, joka öljyhydraulisissa järjestelmissä voi nousta useisiin satoihin ilmakehiin, samalla kun sisempi johto tarvitsee mitoittaa ainoastaan virtauksen tuntoelimen paine-erolle Δρ^· ts. korkeintaan noin 10 ilmakehän paineelle. Tämän ansiosta ohjausventtiilijärjestelmä tulee huomattavasti huokeammaksi ja yksinkertaisemmaksi asentaa ja vähemmän tilaa ottavaksi kuin jos käytettäisiin kahta erillistä johtoa.

Kuviossa 1 esitetään, kuinka kammio 39 salpamännän 36 alapuolella ohjaus- tai säätöventtiilin 50 avulla voidaan saattaa yhteyteen sulkuventtiilin 20 poistopuolen ja siinä vallitsevan alemman paineen kanssa. Kuitenkin on myös mahdollista johtaa mainitussa kammiossa 39 vallitseva paine kohtaan, joka sijaitsee virtauksen tuntoelimen 100 kohdalla tai läheisyydessä, ts. letkun 46 ulostulossa. Tässä tapauksessa paine johdetaan ohjausyhteyden letkun 80 kautta ja säätöventtii-li kuulaventtiileineen 52, 58 rakennetaan yhteen virtauksen tuntoelimen 100 kanssa samalla tavalla kuin on esitetty yhteen rakentaminen sulkuventtiilin 20 kanssa. Huomautettakoon myöskin, että istukan 58 10 59464 ja sitä vasten tiivistävän kuulan 52 muodostama esitetty sulkuventtii-li voidaan luonnollisesti korvata muilla samanarvoisilla laitteilla. Niinpä esimerkiksi venttiilin luisti 54 voidaan jatkaa sopivalla osalla, joka yhteistoiminnassa aukkojen kanssa muodostaa sulkuvent-tiilin, jolla on sama toiminta kuin esitetyllä kuulaventtiilillä.

Myöskin kuviossa 4 esitetty keksinnön mukainen muutettu venttiililaite käsittää sulkuventtiilin 120 sekä virtauksen tuntoelimen 100, joka on sovitettu valvottavan johdon osan, esim. kuten ennen letkun 46 tulopuolelle vastaavasti poistopuolelie. Tässä tapauksessa sulkuventtiilin muodostaa kannella 115 sekä tulo- ja poistoliitfeimillä vastaavasti 14 ja 15 varustettu venttiilin pesä 116, luistin 118 muotoinen venttii-likappale, joka on liukuvasti sovitettu lieriömäiseen, tulo- ja poistolii.t-timeen nähden suurin piirtein poikittaiseen poraukseen 133, jossa heikko painejousi 150 pitää sen tavallisesti kuviossa 1 ylemmässä pääteasemassa ja tällöin sällii vapaan virtauksen venttiilin läpi, joka käy selville seuraavasta.

Keksinnön tässä sovöllutusmuodossa venttiilin luisti 118 on sovitettu sulkuventtiilin lisäksi toimimaan tarvittavana painetta vertaavana venttiilielimenä ja tätä tarkoitusta varten luistilla on lisäksi seuraavat erikoispiirteet. Ensiksi sisäänvedetty osa eli uuma 132 jakaa luistin ylempään ja alempaan lieriömäiseen pääteosaan vastaavasti 117 ja 119. Toiseksi itse luisti jakaa porauksen kammioksi, toisaalta ylemmäksi ja alemmaksi päätykammioksi vastaavasti 134 ja 152 (joista alempi on kannessa 115), toisaalta keskeiseksi kammioksi 124 ja 126, jotka sijaitsevat venttiilin luistin uumaosan 132 ympärillä, joiden kammioiden läpimitta on vähän porauksen 133 läpimittaa suurempi ja joita erottaa kapea laippa 128, jonka läpimitta on sama kuin porauksen läpimitta. Näistä kammioista kammio 124 on välittömässä yhteydessä kanavan 122 välityksellä venttiilin;tuloaukon tai -liittimen 14 kanssa, samalla kun kammio 126 on yhteydessä kanavan 130 välityksellä poisto-aukon tai -liittimen 15 kanssa. Lisäksi luisti 118 on varustettu keskeisellä kanavalla 136, joka saattaa ylemmän kanavan 134 yhteyteen luistissa sen uumaosan 132 alapuolella olevan poikittaisen kanavan 140 kanssa tarkoitusta varten, joka kohta tullaan selittämään. Esitetyssä normaalitilassa tai lähtötilassa siis jousi 150 pitää venttiilin luistin 118 ylemmässä asemassaan ja venttiilissä 120 on vapaa läpikulku tuloliittimestä 14 poistoliittimeen 15.

11 59464

Virtauksen tuntoelin lOO on aivan samanlainen kuin aikaisemmin selitetyssä, kuvion 1 mukaisessa venttiililaitteessa. Tuntoelimen tuloja poistopuolen välille syntyy näin paine-ero, joka siirretään kaksois-letkun 80 välityksellä sulkuventtiiliin 120, tässä tapauksessa siten, että kaksoisletkun ulompi letku 84 on venttiilin pesän kannessa 115 olevan kanavan 114 kautta yhteydessä porauksen 133 alemman kammion 152 kanssa, samalla kun sisempi letku 82 on kanavan 142 välityksellä yhteydessä luistin 118 poikittaisen kanavan 140 kanssa ja siten luistin keskeisen kanavan 136 kautta porauksen 133 ylemmän kammion 134 kanssa.

Myöskin tässä tapauksessa, kts. kuv. 4, sulkuventtiilin 120 tuloliitin 14 on yhteydessä syöttöjohdon välityksellä hydraulisen työsylinterin L kanssa, joka kuuluu esimerkiksi hydrauliseen kuormaajaan tai kaivinkoneeseen, jolloin venttiili on liitetty sylinterin päähän, joka muodostaa ulostulon laskuliikkeen aikana. Sylinterin toinen pää, joka muodostaa sisääntulon laskuliikkeen aikana, on yhteydessä paluujohdon 13 välityksellä järjestelmän käyttöventtiilin M kanssa, joka myöskin on yhteydessä virtauksen tuntoelimen 100 poistoaukon 106 kanssa ja siten valvottavan johdon osan, ts. letkun 46 poisto-liittimen kanssa.

Nyt tullaan selittämään selitetyn venttiililaitteen toimintatapaa, jolloin heti korostettakoon, että paineen vertailut, jotka tehdään seuraavassa, ovat aivan samanlaiset kuin on suoritettu kuvion 1 mukaisen sovellutusmuodon yhteydessä ja viitataan kuvion 3 mukaiseen painediagrammaan, joka yhtä hyvin havainnollistaa paineolosuhteita kuvion 4 mukaisessa venttiililaitteessa.

Kuten jo on mainittu, venttiilin luisti 118 ottaa tavallisissa olosuhteissa kuvion 4 mukaan' ylemmän asemansa, jossa se sallii vapaan virtauksen venttiilin 120 läpi luistin 118 uumaosan 132 ympärillä. Paineväliaineen kulkiessa venttiilin läpi syntyy tässä paineenlasku, ensi sijassa virtauksen vaikutuksesta uumaosan ympäri alemmasta keskeisestä kammiosta 124 ylempään keskeiseen kammioon 126 kammioita erottavan laipan 128 ohi, kts. kuvio 4. Korkeampi paine tulee siis vallitsemaan alemmassa kammiossa 124 — vastaava piste A kuvion 3 mukaisessa painediagrammassa— kuin ylemmässä kammiossa, ts. kohdassa B painediagrammassa. Paineenlasku on merkitty Ap^:llä ja tämä aikaansaa ilmeisen alaspäin suunnatun voiman Fh venttiilin 12 59464 luistiin 118, jonka voiman suuruus on

Fh = ΔΡι —y-j-^i)=Ap1-A1 jossa A^ on luistin tehollinen ala, kts. kuv. 4. Samanaikaisesti syntyy paineenlasku Δρ2 virtauksen tuntoelimessä 100, jolloin korkeampi paine — esitetty pisteellä C kuviossa 3 — johdetaan ohjausjohdon 80 ulomman letkun 84 välityksellä venttiilin luistin 118 alapäässä olevaan kammioon 152, samalla kun alempi paine, merkitty D:llä kuviossa 3, johdetaan ohjausjohdon välityksellä sisemmän letkun 82 ja selitetyn kanavatien välityksellä luistin 118 yläpäässä olevaan kammioon 134. Paine-ero kammioiden 152 ja 134 välillä antaa aiheen venttiilin luistiin 1.18 vaikuttavalle ylöspäin suunnatulle voimalle Fv, jonka suuruus on

Fv = ΔΡ2 ~Y “ Δ?2'Α2

Ehtona sille, että venttiili tulee pysymään avoinna, on siis, että F > F v h V Δρ ·Α0 >Δρ -A, , ts. ^£2 > —1 ^ * -L 1 Λ ΔΡι Ä2 huomioonottamatta pidätinjousen 150 vaikutusta.

Jos nyt virtauksen tuntoelimen 100 kuristuslaippa tai kuristus 105 mitoitetaan siten, että tämä ehto täytetään tietylle virtaukselle sylinteristä L venttiilin 120 kautta, tämä tulee pysymään avoinna myös muilla tilavuusvirtauksilla tai virtausnopeuksilla niin kauan kuin letku 46 on ehjä.

Jos sitä vastoin huomattava vuoto syntyy letkussa 46 (esim. kuvion 3 mukaan kohdassa E) selitetyissä olosuhteissa, ts. kun sylinteri L suorittaa laskuliikettä, virtaus vähenee virtauksen tuntoelimessä 100 virtaukseen nähden venttiilin 120 läpi ja painekäyrä tulee muuttumaan, esimerkiksi siten kuin on havainnollistettu viivalla Α-Β-Ε-C'-D' kuvios- 59464 sa 3. Paineenlasku virtauksen tuntoelimessä on Δρ2, ts. venttiilin luistiin vaikuttava ylöspäin suunnattu voima Fy pienenee arvoon V = AP2/eA2<Ph jolloin venttiilin luisti 118 alkaa liikkua alaspäin kuviossa 4.

Tämä liike johtaa siihen, että poikkikanavan 140 yhteys kanavan 142 kanssa katkeaa ja sen sijaan poikkikanava tulee yhteyteen kanavan 138 kanssa, joka johtaa suoraan venttiilin sisääntuloon 122. Tässä vallitseva paine — esitetty pisteessä A kuviossa 3 — johdetaan siis poikkikanavan 140 kautta ja keskeisen kanavan 136 kautta venttiilin luistin 118 yläpuolella olevaan kammioon 134, jolloin luisti joutuu suuren, alaspäin suunnatun voiman alaiseksi. Luistin liike alaspäin kiihtyy siis voimakkaasti seurauksena siitä, että luisti nopeasti ja varmasti sulkee läpikulun venttiilin läpi siten, että luistin ylempi pääteosa 117 tiivistävästi tarttuu laippaan 128. Sama tapahtuu luonnollisesti myöskin, jos letku rikkoutuu, jolloin virtaus virtauksen tuntoelimen 100 läpi lakkaa kokonaan.

Virtauksella vastakkaiseen suuntaan — ts. kun sylinteri L suorittaa nostoliikettä — kääntyy sulkuventtiilissä 120 ja virtauksen tunto-elimessä 100 esiintyvän paineenlaskun suunta, mikä merkitsee sitä, että venttiilin luisti 118 riippumatta näistä paineenlaskuista pysyy avoimessa asemassa jousen 150 vaikutuksesta. Jos kuitenkin letku 46 rikkoutuu tässä tilassa, muuttuu virtaussuunta välittömästi ja sulku-venttiili 120 sulkeutuu samalla tavalla kuin edellä on selitetty.

Edellä selitetyn venttiiliisitteen toimintatapa on siis periaatteessa täysin yhtäpitävä kuviossa 1 esitetyn laitteen toimintatavan kanssa ja samoin kummallakin venttiili laitteen a on yhtäpitävä rakenne jär-• jestelmä. Mitä sitä vastoin tulee itse sulkuventtiilin rakenteelliseen puoleen, on ilmeistä, että kuvion 4 mukainen muutettu venttiili on suuressa määrässä yksinkertaistettu kysymyksen ollessa sekä yksityiskohtien lukumäärästä että niiden valmistustavasta, johtuen esiintyvän venttiilin luistin kyvystä täyttää sulkevat ja painetta vertaavat toiminnat. Tämä merkitsee ei ainoastaan sitä, että muutettu venttiili tulee huomattavasti yksinkertaisemmaksi ja siten halvemmaksi valmistaa joukkotuotannossa, vaan myöskin sitä, että se saa suuremman luotettavuuden, erityisesti vaara toimintahäiriöille, jotka aiheutuvat epäpuhtauksista hydraulisessa järjestelmässä, on huomattavasti vähentynyt.

i4 59464

Selitetyt venttiililaitteet edustavat ainoastaan esimerkkejä keksinnön käytännöllisestä sovellutuksesta, eikä keksintö luonnollisesti ole rajoitettu näihin sovellutusmuotoihin, vaan voi vaihdella monella tavalla keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (6)

59464 15

1. Venttiililaite johtojärjestelmän suojaamiseksi tahattomia pai-neenalennuksia vastaan, esim. järjestelmässä esiintyvien murtumien tai vuotojen sattuessa, jolloin laite on liitetty järjestelmän erittäin riskialttiiseen johto-osaan, esim. siihen kuuluvaan taipuisaan letkuun (46) , ja käsittää johto-osan sisääntuloon järjestetyn sulku-venttiilin (20; 120), joka ei-toivotun paineenalennuksen esiintyessä johto-osassa automaattisesti sulkee tai estää virtauksen johto-osan läpi, joka venttiili on normaalisti auki ja tällöin aiheuttaa läpi-virtaavaan väliaineeseen kohtalaisen vastuksen aiheuttaen tietyn paineenalennuksen (Δρ^, kuvio 3) venttiilin yli, tunnettu siitä, että sellainen virtausta tunnusteleva elin (100) , joka aikaansaa läpivirtaavassa väliaineessa virtauksen suuruudesta riippuvan paineenalennuksen (ΔΡ2), käsittäen esimerkiksi sinänsä tunnetun ku-ristuslaipan tai venturikuristuksen (105), on sovitettu putkiosan (46) ulostuloon, jolloin sulkuventtiili (20; 120) ja virtausta tunnusteleva elin (100) ovat liitetyt paineenvertailulaitteeseen (50; 118), joka on järjestetty vertaamaan venttiilin ja elimen (100) yli vaikuttavia paineenalennuksia (Δρ^ vast. ΔΡ2) ja saattamaan sulku-venttiili (20; 120) sulkemaan virtaus johto-osasta (46) jos virtausta tunnustelevan elimen (100) ja sulkuventtiilin (20, 120) yli vaikuttavien paineenalennusten välinen suhde (Δρ2/Δρ^) alittaa tietyn arvon (Δρ^/Δρ^ .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiililaite, jossa oleva sulku-venttiili (120) käsittää pesän (115, 116) sisääntuloineen (14, 122) läpikulkuineen (124, 126) sekä ulostuloineen (130, 15), jolloin venttiilin läpikulkuun on sijoitettu luistielin (118), joka on liikkuva avausaseman, jossa väliaine voi virrata vapaasti venttiilin läpi ja sulkuaseman välillä, jossa väliaineen virtaus venttiilin läpi estyy, tunnettu siitä, että luistielin (118) samanaikaisesti muodostaa paineenvertailulaitteen siten, että se on sovitettu saatettavaksi toisaalta sulkuventtiilin (120) tulo- ja poistopuolilla vallitseviin paineisiin sillä tavalla, että ero (Δρ^) näiden paineiden välillä pyrkii siirtämään luistielimen yhteen suuntaan, toisaalta virtausta tunnustelevan elimen (100) tulo- ja poistopuolilla (104 vast. 106) vallitseviin paineisiin sillä tavalla, että ero (ΔΡ2) näiden paineiden välillä pyrkii siirtämään luistielimen (118) vastakkaiseen suuntaan, jolloin luistielin on sovitettu itsestään siirtymään sulkuasemaan ja sulkemaan virtauksen venttiilin läpi, jos tapahtuu mainittu muutos 16 59464 paine-erojen tai paineenalennusten välisessä suhteessa ,Δ^2 . . 1ΔΡ]_ }

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen venttiililaite, tunnettu siitä, että luistielimen muodostaa lieriömäinen mäntäluisti (118), joka on liukuvasti sovitettu venttiilin pesän (116) poraukseen (133) ja on varustettu kahdella pääteosalla (117, 119), jotka on yhdistetty s isäänvedetyllä osalla eli uumaosalla (132), joka on sovitettu väliaineen ympärivirtaamaksi sen tiellä venttiilin pesän (116) tulo-aukosta (14, 122) sen poistoaukkoon (130, 15) sillä tavalla, että tällöin esiintyvä mäntäluistin nettoalaan uumaosan kohdalla vaikuttava paineenlasku (Δρ^) vaikuttaa luistiin mainitussa toisessa suunnassa samalla kun pääteosat (119 ja 117) mäntäluistin päiden kohdalla rajoittavat kammiot (152 vast. 134) porauksessa (133), joka on yhteydessä virtausta tunnustelevan elimen tulopuolen (104) vastaavasti poistopuolen (106) kanssa sillä tavalla, että tunnusteluelimessä esiintyvä paineenlasku (Δρ2) vaikuttaa mäntäluistin vastakkaiseen suuntaan.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen venttiililaite, tunnettu siitä, että mäntäluisti (118) on sovitettu sulkuliikkeensä vaikutuksesta katkaisemaan virtausta tunnustelevan elimen (100) poistopuolen (106) ja porauksen (133) yhdessä toimivan kammion (134) välisen yhteyden mainitun kammion (134) sen sijaan saattamiseksi suoraan yhteyteen sulkuventtiilin (120) sisääntulon (122) kanssa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen venttiililaite, tunnettu siitä, että mainittu yhteys virtausta tunnustelevan elimen (100) poistopuolen (106) ja yhdessä toimivan kammion (134) välillä käsittää mäntäluistissa olevat pitkittäiset ja poikittaiset kanavat (136 vast. 140) sekä venttiilin pesään (115, 116) tehdyn kanavan (132), joka tavallisesti on yhteydessä poikittaisen kanavan (140) kanssa, joka kuitenkin on sovitettu mainitussa alkavassa sulkuliikkeessä sen sijaan tulemaan yhteyteen toisen, suoraan sulkuventtiilin (120) sisääntuloon johtavan pesässä olevan kanavan (138) kanssa ja siten vahvistamaan mäntäluistiin sulkemissuuntaan vaikuttavaa painetta sulkuventtiilin tulopaineen kanssa.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen venttiililaite, tunnettu siitä, että paineenlasku (Δρ2) virtausta tunnustelevassa elimessä (100) siirretään painetta vertaavaan venttiilieli-meen (50; 118) ohjausjohdon (80) kautta, joka käsittää kaksoisletkut, 59464 jotka ovat yhteydessä kumpikin omalle puolelleen tunnusteluelintä ja joista toinen (82) on sovitettu toisen (84) sisään.