FI67133B - Lufttaet avstaengningsventil med fast diffusoer - Google Patents

Description

RSSFl M mj^UULUTUSjULKAISU

Jmjft I J 1^1 UTLÄCGNINGSSKRIFT Ο/Ίοό ^ T ^ (51) K*.«u/hitCL3 F l6 K 1/06 SUOMI—FINLAND (M) 760199 (22) Hmkimiyhn-28.01.76 *PI'· (23) AHnraM—GIWflMOdag 28.01.76 (41) Tallat lulklMlai — BllvK 21.08.76 ratanUt- I» wklltollwintw (φη hUhOvIHIfiioB ft tm«LJulfc>U— pnm.—

Nwfr odl IlglltiritywlMB ' AmMumi «tkfd od> utUkriftwi prtUcarad 28.09.84 (32)(33)(31) ryydMtjr «μοΗμμ-Β^Μ prtortut 20.02.75 USA(US) 551260 (71) Rockwell International Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania, USA(US) (72) Andrew Hankosky, Pittsburgh, Pennsylvania, USA(US) (74) Berggren Oy Ab (54) Kiinteäl 13diffuusori1 la varustettu ilmatiivis sulkuventtii 1 i -Lufttät avstängningsventί1 med fast diffusör

Esillä oleva keksintö kohdistuu sulkuventtiiliin, jossa on vent-tiilipesäke, ja siinä nesteen tuloaukko ja poistoaukko sekä rengasmainen venttiili-istukka sijoitettuna tuloaukon viereen, myötävirtaan siitä, ja jonka venttiilin akseli muodostaa kulman tuloaukon akselin kanssa, jossa venttiilissä edelleen on venttiili-istukan ja poistoaukon välillä oleva sylinterimäinen sää-tökammio, joka on venttiili-istukan kanssa sama-akselinen, minkä ohessa säätökammion venttiili-istukkaa lähellä olevat seinämät muodostavat rengasmaisen laajenevan pinnan välittömästi venttii-istukasta myötävirtaan, säätökammioon kiinteästi sovitettu dif-fuusoripää, jossa on rengasmainen laajeneva pinta, joka muodostaa ensin mainitun laajenevan pinnan kanssa rengasmaisen diffuusori-kanavan.

Tunnetaan aikaisemmin venttiiliyhdistelmä, joka sisältää parannetun virtausväylän kalvo- tai paljetyyppistä eristysventtiiliä varten. Tässä venttiiliyhdistelmässä rajoittaa venttiilin sul-jinelimen akselinsuuntaista liikettä venttiilirungon suljineli-mestä ja venttiilin säätökammiosta ilmatiiviisti erottavan metallisen kalvolevyn sallittu joustavuus. Liiallisen paineen- 2 671 33 laskun estämiseksi venttiili-istukassa normaalisti tällä tavoin rajoitetusta liikkeestä johtuen on erittäin tehokas rengasmainen diffuusorikanava muodostettu venttiilin suljinelimen katkaistun kartion muotoisen pinnan ja vastakkaisen venttiili-istukasta myötävirtaan olevan katkaistun kartion muotoisen pinnan väliin. Diffuusorikanava estää suurinopeuksisen nesteen liian pikaisen laajenemisen pienentäen täten nestepainetta.

Vaikka täten saavutetaankin selvä etu aikaisempien pienpaine-venttiilien suhteen, niin nyt on havaittu, että tiettyjen suurten virtauksien ollessa kysymyksessä syntyy venttiilin suljinelimeen hydrodynaaminen alaspäin vetävä voima johtuen alhaisesta paineesta diffuusorikanavassa. Jousikuormitteisesta kohti kalvoa taipuvasta suljinelimestä ja kanavan kautta kulkevan virtauksen nopeudesta riippuen suljinelimessä oleva resultanttivoima voi aiheuttaa suljinelimen siirtymisen osittain avonaiseen tasapainoasentoon. Tämä voi tapahtua venttiilin ollessa aluksi stabiilissa täysin avoimessa asennossa, mikäli virtaus lisääntyy niin, että se ylittää sen kynnysarvon, jolloin alaspäin vetävä voima tulee suuremmaksi kuin jousivoima, tai se voi tapahtua venttiilin avaus- tai sulkemisjakson aikana.

Venttiilin avausjakson aikana alaspäin vetävä voima kykenee estämään venttiilin avautumisen tasapainoasennon yli venttiilin rungon asemasta riippumatta. Venttiilin sulkemisjakson aikana, niin pian kuin kynnysarvotilanne on saavutettu, voi venttiili välittömästi tulla sisäänvedetyksi tasapainoasentoon. Vaikka tämä tilanne voidaan osittain välttää lisäämällä venttiilin läpimittaa, ei sitä voida kokonaan korjata silloinkaan, kun riittävä tila venttiilin istukkaaa varten on käytettävissä sen laajenemista varten.

Esillä oleva keksintö eliminoi edellämainitut venttiiliä alaspäin vetävät voimat. Keksinnön mukainen sulkuventtiili tunnetaan pääasiallisesti siitä, että diffuusorikanavan poikkipinta suurenee myötävirtaan venttiili-istukasta, jolloin diffuusori-pään osalle tulee olennainen osa siitä voimasta, joka syntyy diffuusorikanavassa tapahtuvasta paineen alennuksesta, että

II

5 67133 venttiilinsuljin on asennettu diffuusoripään yhteyteen ulottumaan ylöspäin diffuusorikanavasta ja sovitettu liikkumaan säätö-kammion akselin suuntaisesti venttiili-istukkaa kohti ja siitä poispäin, jolloin venttiilinsulkimen liikuttelemiseksi tarvittava voima on mahdollisimman pieni, sekä että di ffuusoripään ja venttiilinsulkimen väliin on sovitettu elimiä venttiilinsulkimen siirtämiseksi pois venttiili-istukasta.

Suljetussa asennossa suljinlevy sulkee virtauskanavan täydellisesti. Avoimessa asennossa mainitut pinnat muodostavat diffuusorikanavan. Suljinlevyn nesteen kanssa kosketukseen joutuvat pinnat sijaitsevat diffuusorikanavan sisäpuolella, ja siten niihin eivät vaikuta aikaisemmin tunnetun yhdistelmän paineenvaihtelut. Tämä eliminoi venttiiliä alaspäin vetävät voimat venttiili-istukan läpimitasta, venttiilin sallitusta nostokorkeudesta, virtausnopeudesta tai jousikuormasta riippumatta.

Esillä olevan keksinnön edellä mainitut ja muut ominaispiirteet käyvät ilmi alaan perehtyneille henkilöille seuraavasta yksityiskohtaisesta selostuksesta oheisiin piirustuksiin viitaten, jotka esittävät keksinnön erästä suositeltavaa sovellutus-muotoa .

Kuvio 1 on osittainen pystyleikkaus kiinteällä diffuusorilla varustetusta ilmatiiviisti suljetusta venttiilistä, esittäen venttiiliä täysin avoimessa asennossa; kuvio 2 on suurennettu poikkileikkauskuva esittäen ventti:.] il avoimessa asennossa; ja kuvio 3 on kuvan 2 kaltainen esittäen venttiiliä suljetussa asennossa.

Piirustuksiin ja erityisesti kuvaan 1 viitaten niissä näkyy ilmatiiviisti suljettu venttiili 10, jota käytetään venttiilin eristämiseksi tai sulkemiseksi myrkyllisiltä nesteiltä tai turvajärjestelmissä ydinpolttoaineella toimivissa voimalaitoksissa. Tällaisia venttiilejä käytetään normaalisti suljetussa asennossa sulkemaan pois tai eristämään virtausjärjestelmässä esiintyvän paineen alainen neste, ja avoimessa asennossa johtamaan paineenalainen neste virtausjärjestelmään.

... r~.

" 67133

Avoimessa asennossa venttiilissä tapahtuvat paineenlaskut on pidettävä minimissään sen varmistamiseksi, että virtaus-järjestelmään syötetty neste on riittävän paineen alaisena virtausjärjestelmälle asetettujen vaatimusten mukaisesti.

Siten on havaittu edulliseksi käyttää erittäin tehokasta diffuusorin virtausväylää paineenlaskun minimoimiseksi venttiilissä. Ilmatiiviisti suljettu venttiili 10 sisältää täten venttiilipesäkkeen 12, suojuksen 14, kiinnikeyhdistelmän l6, runkoyhdistelmän 18, ohjauspyörän 20 ja diffuusorin yhdistelmän 21. Venttiili 10 sisältää kaltevan runkokonstruktion ja sen sisäpuolella on akselinsuuntaisesti samassa linjassa pois-toväylän 26 kanssa oleva syöttöväylä 24, joka on tietyssä kulmassa lieriömäisen ohjauskammion 28 kanssa. Venttiili-pesäke 12 on sovitettu yhdistettäväksi korkeapaineiseen nes-telinjaan korkeapaineisen nesteen syöttämiseksi nuolien suunnassa. Syöttöväylä 24 ja poistoväylä 26 on varustettu tasopo-rauksilla 29 ja vastaavasti 30 virtausjohtojen päiden teleskoop-pimaista vastaanottoa varten liitettäviksi niihin hitsaamalla.

Väylä 31 karkaistun rengasmaisen venttiili-istukan 32 ympäröimänä on muodostettu syöttöväylän 24 myötävirran puoleiseen päähän. Venttiili-istukka 32 on erotettu ohjauskammiosta 28 väylän 31 kanssa koaksiaalisen katkaistun kartion muotoisen diffuusorin pinnan 34, venttiili-istukan 32 ja ohjauskammion 28 avulla. Ohjauskammion 28 yläpää on kierteitetty vastaanottaen suojuksen 14 kierteillä varustetun kytkintangon 40.

Venttiilikappaleen 12 yläpää on varustettu sisäänpäin kaarevalla katoksella 42, joka on hermeettisesti liitetty suojuksen 14 kehäreunukseen 44 hitsin 46 avulla. Kierteillä varustettu kytkintanko 48 suojuksen 14 yläosassa on kierretty kiinnike-yhdistelmän 16 alapäähän. Karayhdistelmä 18 ulottuu akselinsuuntaisesti suojuksen 14 ja kiinnikeyhdistelmän 16 läpi. Kara-yhdistelmä 9 on siirreltävissä akselin suunnassa tavanomaisella tavalla ohjauspyörän 20 avulla. Suojuksen 14 yläpäässä sijaitsevassa reiässä oleva tiiviste 52 puristetaan runkoyhdistelmän 18 ulkopintaa vasten tiivistysholkin laippayhdistelmän 54 välityksellä. Karassa 18 on laajempi lieriömäinen alapää 60, jonka kartiomainen pinta 6l on tartunnassa olakkeeseen 62 karan 5 67133 avausliikkeen rajoittamiseksi. Lieriömäinen pää 60 on irtonaisesti sovitettu lieriömäisen kalvoon 70 vaikuttavan levyn 64 yläpäähän. Levy 64 on sovitettu suojuksen 14 alapäähän muodostettuun poraukseen 66. Joustava kalvo 70 on kiinnitetty suojuksen 14 alemman reunan 72 ja rengasmaisen pidätinrenkaan 74 väliin kehähitsin 7o avulla. Hitsi 76 sulkee ilmatiiviisti kalvon 70 porauksen 66 avoimen pään poikittaisesta muodostaen ilmatiiviin suljennan ohjauskammion 28 ja akselin suuntaisen karakanavan väliin. Hitsit 46 ja 76 muodostavat täten kaksinkertaiset ilmatiiviit sulut nestevuotojen estämiseksi ympäristöön .

Kuvion 2 mukaisesti diffuusoriyhdistelmä 21 sisältää rengasmaisen diffuusorin, levyohjaimen 80, joka kannattaa akselinsuun-nassa liikkuvaa suljinlevyä 82. Sulkimen levyohjain 80 sisältää ylemmän rengasmaisen laipan 84 joka on sovitettu liukuvaksi ohjauskammion 28 yläpäähän muodostettuun vastaavaan poraukseen. Ohjain 80 sisältää lisäksi läpimitaltaan pienemmän kaulaosan 86, joka päättyy alhaalla katkaistun kartion muotoisen alapinnan 90 sisältävään, pääasiassa katkaistun kartion muotoiseen laajempaan päähän 88. Alapinta 90 on akselin suunnassa välimatkan päässä katkaistun kartion muotoisesta diffuusoripinnasta 34. Pinnat 90 ja 34 muodostavat välissään tehokkuudeltaan suuren rengasmaisen diffuusorinkanavan 92, jonka yksityiskohdat on valittu tietyn venttiilikoon ja -sovellutuksen mukaisesti. Katkaistun kartion muotoinen diffuusorin pinta 34 ja alapinta 90 divergoivat säteen suunnassa ulospäin muodostaen jatkuvasti laajenevan rengasmaisen virtauskanavan kammiota 28 kohti, myötävirtaan venttiili-istukasta 32. Suljin 82 sisältää karan 94, joka vaikuttaa joustavan kalvon 70 alapintaan ja jonka rungon alapäässä on laajempi pää 98. Pää 98 on sovitettu liukuvaksi ohjaimen 80 alapintaan muodostettuun poraukseen 100. Päässä 98 on nesteen kanssa kosketukseen joutuva kupera etupinta 102, joka sijaitsee pääasiassa kokonaan vastavirtaan kanavaan 92 nähden.

Ohjain 80 sisältää ylöspäin avonaisen porauksen eli aukon 103. Aukkoon sovitettu kierukkajousi 104 on puristettuna aukon 103 alapinnan ja karan 9^ yläpään kannattaman karan kannen 106 väliin.

Tl— 6 671 33

Puristus jousi 10^4 pyrkii siirtämään päätä 98 ylöspäin. Ohjaus-pyörää 20 kiertämällä kara 18 siirtyy akselin suunnassa alaspäin saaden levyn 64 taivuttamaan alaspäin kalvoa 70 ja edelleen siirtämään alaspäin karaa 94 ja sen päätä 98 kuviossa 3 esitettyyn suljettuun asentoon, jossa pään 98 viisto istukka-pinta 101 tarttuu tiiviisti venttiili-istukkaan 32.

Kuvion 2 esittämässä avoimessa asennossa rengasmainen diffuu-sorikanava 92 saa aikaan minimaalisen paineenlaskun nesteen kulkiessa syöttöväylän ja ohjauskammion 28 välillä. Kuitenkin nestevirtauksen nopeuden kasvaessa paine-ero rengasmaisen diffuusori-kanavan 92 ja ohjauskammion 28 välillä lisääntyy. Aikaisemmin tunnetuissa sellaisissa diffuusorikonstruktloissa, joissa koko diffuusorin poikkileikkaus joutuu kosketukseen nesteen kanssa, ja on akselin suunnassa siirrettävissä jousen taivutus-vaikutusta vastaan suurten nestevirtausten yhteydessä, syntyy venttiiliä alaspäin vetävä voima. Tämä vetovoima siirtää diffuusoria alaspäin jousen taivutusvaikutusta vastaan kunnes tasapainotilanne saavutetaan. Näin muodostunut vähentynyt virtausalue johtaa lisääntyviin paineenlaskuihin syöttö- ja poistoväylän välillä. Kuitenkin esillä olevassa keksinnössä, jossa diffuusorikanavan vastakkaiset pinnat ovat kiinteän välimatkan päässä toisistaan, koko resultoivan alaspäin suuntautuvan voiman ottaa vastaan jäykkä elin. Toisin sanoen, koska pään 98 nesteen kanssa kosketukseen joutuvat pinnat sijaitsevat täysin säteen suuntaisesti sisäänpäin diffuusorikanavasta 92, mitään resultoivaa venttiiliä sulkevaa tai alaspäin vetävää voimaa ei synny. Siten kanavassa olevista virtausolosuhteista huolimatta venttiili jää täysin sisäänvedettyyn avoimeen asentoon. Tässä yhteydessä voidaan mainita, että kokeet ovat osoittaneet, että mitään mitattavissa olevaa venttiiliä sulkevaa voimaa ei voida havaita tällaisessa konstruktiossa nesteen virtausnopeudesta riippumatta, minimaalisena vaatimuksena järjestelmän suhteen on, että puristusjousi 104'kehittää riittävän voiman pelkästään suljinlevyn painon voittamiseksi. Täten ehjä kanava suljinlevyn ja venttiili-istukan välillä muodostuu karan 94 asennon avulla eivätkä siihen vaikuta mitkään hajotinväylän olosuhteista riippuvat vaikutukset.

Claims (7)

1. 7 671 33
2. 1. Sulkuventtiili, jossa on venttiilipesäke (12), ja siinä nesteen tuloaukko (24), ja poistoaukko (26) sekä rengasmainen venttiili-istukka (32) sijoitettuna tuloaukon viereen, myötävirtaan siitä, ja jonka venttiilin akseli muodostaa kulman tuloaukon (24) akselin kanssa, jossa venttiilissä edelleen on venttiili-istukan (32) ja poistoaukon (26) välillä oleva sylinterimäinen säätökammio (28), joka on venttiili-istukan kanssa sama-akselinen, minkä ohessa säätökammion venttiili-istukkaa lähellä olevat seinämät (34) muodostavat rengasmaisen laajenevan pinnan välittömästi venttiili-istukasta (32) myötävirtaan, säätökammioon (28) kiinteästi sovitettu diffuusoripää (88) , jossa on rengasmainen laajeneva pinta, joka muodostaa ensin mainitun laajenevan pinnan kanssa rengasmaisen diffuusorikanavan (92) , tunnettu siitä, että diffuusorikanavan poikkipinta suurenee myötävirtaan venttiili-istukasta (32), jolloin diffuusoripään (88) osalle tulee olennainen osa siitä voimasta, joka syntyy diffuusori-kanavassa (92) tapahtuvasta paineen alennuksesta, että vent-tiilisuljin (82) on asennettu diffuusoripään (88) yhteyteen ulottumaan ylöspäin diffuusorikanavasta (92) ja sovitettu liikkumaan säätökammion (28) akselin suuntaisesti venttii li-istukkaa (32) kohti ja siitä poispäin, jolloin venttiilin-sulkimen liikuttelemiseksi tarvittava voima on mahdollisimman pieni, sekä että diffuusoripään (88) ja venttiilinsulkimen (82) väliin on sovitettu elimiä (104) venttiilinsulkimen (82) siirtämiseksi pois venttiili-istukasta (32).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sulkuventtiili, tunnettu siitä, että diffuusoripään (88) alapäässä on poraus (100), johon venttiilinsuljin (82) sopii tiiviisti.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sulkuventtiili, tunnettu siitä, että venttiilikara (94) ulottuu venttiilinsulkimesta (82) ylöspäin diffuusorissa (80) olevan porauksen (103) läpi, ja että jousi (104) siirtää venttiili-karaa ja venttiilinsuljinta poispäin venttiili-istukasta (32) . 8 671 33
5. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen sulkuventtiili, tunnettu siitä, että joustava kalvo (70) on sovitettu sulkemaan diffuusorin (80) porauksen (103) yläpään, ja että jousen (104) jousivoima vaikuttaa venttiilikaraan (94) ja siten venttiilinsulkimeen (82), kalvoa (70) vastaan.
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sulkuventtiili, tunnettu siitä, että karayhdistelmä (9) ja kalvon käynnistyslevy (64) taivuttavat kalvoa (70) venttiili-karan (94) ja venttiilinsulkimen (82) siirtämiseksi kohti venttiili-istukkaa (32).
7. 1. Avstängningsventil med ett ventilhus (12) innefattande en inloppsöppning (24) för vätska, en utloppsöppning (26) samt ett ringformigt ventilsäte (32) intill inloppsöppningen och nedströms i förhällande tili denna, i vilken ventil ven-tilaxeln bildar en vinkel med inloppsöppningens (24) axel och vilken ventil ytterligare innefattar en mellan ventilsätet (32) och utloppsöppningen (26) belägen cylindrisk reglerkammare (28), som är koaxial med ventilsätet, varutöver reglerkammarens intill ventilsätet belägna väggar (34) bildar sig en ringformigt utvidgande yta omedelbart nedströms om ventilsätet (32), ett i reglerkammaren (28) fast anordnat diffusörhuvud (88) med en sig ringformigt utvidgande yta, som tillsammans med den först-nämnda sig utvidgande ytan bildar en ringformig diffusör-kanal (92),kännetecknad av att diffusörkanalens tvärsnitt ökar nedströms om ventilsätet (32), varigenom pä diffusörhuvudet (88) faller en väsentlig del av den kraft som uppkommer pa grund av tryckfallet i diffusörkanalen (92) , att ventiltillslutaren (82) är monterad i diffusörhuvudet (88) uppströms om diffusörkanalen (92) och anordnad att röra sig i reglerkammaren (28) axialriktning, iriktning mot ventilsätet (32) och därifrän, varvid den för ventiltillslutarens rörelse erforderliga kraften är möjligast liten, samt att det mellan diffusörhuvudet (88) och ventiltillslutaren (82) anordnats organ (104) för förflyttning av ventiltillslutaren (82) bort frän ventilsätet (32).