FI71983C - Ventil. - Google Patents

Description

71983

VENTTIILI - VENTIL

Tämän keksinnön kohteena on venttiili, jonka muodostaa läpi-virtauskanavai 1 a varustettu pesä sekä 1äpivirtauskanavaan käännettäväsi! tai kierrettävästi sovitettu 1äpivirtausauko-ton sulkuelin, kuten esimerkiksi läppä, ja sulkuelimen ja venttiilin pesän välille tarvittaessa sovitetut yhdessä toimivat tiivistyselimet, jolloin venttiilin pesän virtauska-navaan on sovitettu yksi tai useampi peräkkäinen välin päässä toisistaan ja sulkuelimestä, sen ollessa kiinniasen-nossa, sijaitseva virtauskanavan poikkipintaa pienentävä vaimennuselin tai -elimiä.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada dynaamisen momentin-ja melunvaimennus 1äppäventtii1 eissä tai muissa käännettävillä levymäisillä virtausaukottomi11 a sulkuelimi 11ä varustetuissa venttiileissä sulku- ja säätökäytössä.

Kun venttiili on osittain auki-asennossa, venttiilissä syntyy painehäviöitä ja väliaineen virtaus kuristuu putkistossa. Painehäviön seurauksena paine ennen häiriökohtaa ts. venttiiliä on korkeampi kuin häiriön jälkeen. Läppäventtii1 eissä paine- eron vaikutus ei ole jakaantunut tasaisesti sulkuelimen 1. läpän alueella. Läpän tulopuolen pintaan lähelle reunaa, joka on kääntynyt vastavirtaan ja josta seuraavassa käytetään nimitystä tuloreuna, kääntöakselia vastaan kohtisuoran keskihalkaisijän alueelle muodostuu nk. patopiste, jossa virtausnopeus on nolla. Patopisteen alueella on pai-nehuippu, joka ylittää tulopaineen. Kun siirrytään läpän pinnalla mainitun keskihalkaisijän suunnassa kohti sitä läpän reunaa, joka on kääntynyt myötävirtaan ja josta seuraavassa käytetään nimitystä jättöreuna, läpän pintaan kohdistuva paine laskee jatkuvasti jättöreunaa kohti mentäessä. Paineen laskeminen johtuu kasvavasta virtausnopeudesta ja paine on tulopaineen suuruinen jo ennen jättöreunaa. Jättö-reunassa paine on alle venttiilin jättöpuolen paineen. Läpän jättöpuolen pinnalla virtaus irtoaa läpästä ja paineen suuruus vastaa jättöpuolen nimellistä painetta.

71 983

Syntyvät painejakaumat ovat riippuvaisia läpän avautumiskul-masta ja paineesta sekä läpän muodosta.

Epätasaisesta painejakaumasta on seurauksena dynaaminen momentti, joka pyrkii sulkemaan venttiilin. Momentin maksimiarvo saavutetaan normaalisti avauskulman alueella 60°...80° läpän muodosta riippuen. Paineen kasvu lisää momenttia lähes lineaarisesti avauskulman ollessa muuttumaton. Dynaamisen momentin vaikutuksesta vain pienten läppä-venttiilien ohjaaminen vipukäytöllä on luvallista, venttiili voi aiheuttaa käyttäjälle vaaratilanteen. Myös säätökäytössä momentti on haitallinen, koska sen vaikutus on suurimmillaan venttilin edullisimmalla säätöalueel1 a ja tarvittava momentti lisää toimilaitteen kokoa.

Tekniikassa on ennestään tunnettua dynaamisen momentin pienentäminen muotoilemalla läppää. Ratkaisuna on ollut läpän tulopuolen pintaan patopisteen jälkeen virtausnopeuden kasvua estävät muodot tai se, että muotoillaan koko läppä esim. US patentit 3442489, 3680833, 3770242, 4005849, GB-patentti 1588703, DE-hakemus 2359717 ja SU-keksinnön kuvaus 773356. Toinen tapa on ollut muotoilla tulo- ja jättöreunaa esim. US-patentit 3677297, 3960177 ja 4036469. Tekniikassa on ennestään tunnettua myös dynaamisen momentin maksimikohdan siirto normaalin säätöalueen ulkopuolelle esim. yli 80° avauskulmalle.

Kaikissa esitetyissä keksinnöissä painejakauma on pyritty tasaamaan läpän avulla, jolloin dynaamiset voimat kohdistuvat läppään ja rasittavat sitä sekä läpän akseleita ja laakereita.

Keksinnön mukaisella rakenteella vähennetään oleellisesti tätä rasitusta siirtämällä dynaamisten voimien kompensointi venttiilin kiinteään pesään, jolloin käyttölaite ja sen momentin sulkuelimeen välittävät elimet voidaan valita kevyemmän kuormituksen mukaan. Säätökäytössä toimilaitteen pienentynyt koko parantaa säädettävyyttä, koska toimilaitteen massavoimat pienentyvät.

71983 3

Keksinnön mukaiselle venttiilille on pääasiallisesti tunnusomaista se, että vaimennuselin tai -elimet on sovitettu sulkuelimen jälkeen virtauksen jättöpuolelle.

Keksintö käy lähemmin selville seuraavasta selityksestä ja oheisista piirustuksista, joissa kuva 1 esittää dynaamisen momentin vaimennuksella varustettua läppä venttiiliä leikkauskuvantona katsottuna sulkuelimen kääntöakselin pituussuunnassa sulkuelimen ollessa osittain avattuna, ja kuva 2 esittää kuvion 1 venttiiliä sulkuelimen ollessa käännettynä venttiilin 1äpivirtauskanavan sulkevaan asentoon.

kuva 3 esittää keksinnön mukaisten vaimennuslevyjen yleistä muotoa ja sijaintia venttiilin pesässä.

kuva 4a esittää painejakaumaa sulkuelimen 1. läpän pinnalla tavanomaisessa venttiilissä.

kuva 4b esittää painejakaumaa sulkuelimen 1. läpän pinnalla keksinnön mukaisessa venttiilissä.

kuva 5 esittää erään mittauksen tulokset dynaamisen momentin suuruudesta tavallisessa 1äppäventtii1issä ja keksinnön mukaisessa venttiilissä.

kuva 6 esittää dynaamisen momentin- ja melunvaimennuksel1 a varustettua 1äppäventtii1iä leikkauskuvantona katsottuna sulkuelimen kääntöakselin pituussuunnassa sulkuelimen ollessa osittain avattuna, ja kuva 7 esittää kuvion 6 venttiiliä sulkuelimen ollessa käännettynä venttiilin 1äpivirtauskanavan sulkevaan asentoon.

4 71983

Kuvioiden 1 ja 2 läppäventti il iin kuuluu poikkileikkausmuo-doltaan ympyrän muotoisella 1äpivirtauskanaval1 a 3 varustettu pesä 1, johon karan tai kääntöakselin 8 avulla on sovitettu käännettävä sulkuelin tai läppä 2. Kääntöakseli 8 on sovitettu joko keskelle läpivirtauskanavaa 3 tai siirrettynä keskilinjasta ja laakeroitu molemmin puolin pesään 1. Läppä 2 on sovitettu akselin 8 sivulle kuvioiden 1 ja 2 osoittamalla tavalla. Pesän 1 1äpivirtauskanavan 3 sisäpintaan on tehty pesän 1 toisesta päästä lähtien rengasmainen laajennus 4, joka ulottuu lähelle venttiilin akseli1injaa . Laajennuksen 4 pohjaa vasten on sovitettu tiivisterengas 6, joka voi poikki -1eikkausmuodoltaan olla esimerkiksi tiivisteuran 7 pohjaa kohti avautuvan U:n muotoinen. Tiivisteuran 7 toinen laita muodostetaan tukirenkaan 5 avulla, joka sovitetaan virtaus-kanavan 3 laajennukseen 4 kuvioiden 1 ja 2 osoittamalla tavalla. Yksityiskohtaisesti perusrakenteeltaan kuvioiden 1 ja 2 1äppäventtii1i voi olla esimerkiksi suomalaisen patentin 54536 mukainen.

Kuvioiden 1 ja 2 sovellustapauksessa, jossa keksintöä sovelletaan virtauksen aiheuttaman läppään 2 vaikuttavan dynaamisen momentin vähentämiseen, pesän 1äpivirtauskanavaan 3, läpän 2 virtauksen jättöpuolel 1 e on kiinnitetty kaksi rei'itettyä vaimennuslevyä 9. Luonnollisesti vaimennus!evyjä 9 voi olla yksi tai useampia ja ne voivat sijaita halutussa suhteessa toisiinsa ja läppään 2 nähden. Vaimennus 1 evyt 9 ovat sijoitetut virtauskanavaan 3 siten, että ne eivät estä läpän 2 liikettä auki- ja kiinni-asentojen välillä eli vaimennuslevyt 9 sijaitsevat sillä kääntöakselin 8 jakamalla virtauskanavan 3 osalla,jolla sulkuelimen tai läpän 2 reunapinta kääntyy venttiiliä avattaessa vastavirtaan, ja sijaitsevat sopivimmin kääntöakselin 8 suunnassa virtauskanavan 3 keskikorkeuden suhteen symmerisesti . Kuvioiden 1 ja 2 tapauksessa vaimennus-levyt 9 ovat läpän 2 kanssa yhdensuuntaisia läpän 2 ollessa kiinni-asennossa sekä sijaitsevat välin päässä läpästä 2 ja toisistaan. Luonnollisestikaan vaimennuslevyjen 9 ei tarvitse 5 71 983 olla yhdensuuntaisia läpän 2 kanssa tai keskenään, vaan ne voivat olla yhtä hyvin asennetut haluttuun viistoon asentoon muodostamaan kulman keskenään ja/tai läpän suhteen. Myöskään vaimennuslevyjen 9 ei tarvitse olla suoria tasomaisia levyjä.

Kuvioiden 1 ja 2 sovel1ustapauksessa vaimennuslevyt 9 muodostavat ympyrän segmenttejä katsottaessa virtausk anavan 3 suunnassa, kuvio 3a, mutta levyjen vapaata virtauspoikkipintaa rajoittavan reunan muoto voi olla muunkinlainen, esimerkkinä kaareva, kupera tai sahalaitainen, kuviot 3b, 3c. Kuvioissa 1 ja 2 vaimennus1 evyt 9 on sijoitettu pesään 1 koneistettuun uraan 11 ja kiinnitetty pesään hitsaamalla, mutta luonnollisesti levyjen kiinnitys muullakin tavalla on mahdollista. Esimerkiksi kuvion 3b sahalaitainen reunapinta voidaan valaa suoraan pesään 1.

Kussakin vaimennuslevyssä 9 on koko levyn alueelle jakautuen levyn läpimeneviä reikiä 12 tai aukkoja. Kun venttiilissä on useampia rinnakkaisia vaimennuslevyjä 9, on edullisinta, että kahdessa keskenään rinnakkaisessa vaimennuslevyssä 9 reiät 12 tai aukot eivät ole kohdakkain. Sopivimmin reikien 12 tai aukkojen aukkopinta-ala levy levyltä läpästä 2 poispäin kasvaa .

Kun kuvioiden 1 ja 2 mukaista venttiiliä avataan, on virtaus alussa vähäistä ja dynaaminen momentti on myös pieni. Mitä enemmän venttiiliä avataan, sitä suuremmaksi virtaus kasvaa ja tuloreunan puolelle syntyy patopiste ja läppää sulkeva momentti. Läpän tuloreunan jättöpuolel 1 a pesässä olevat vai-mennuslevyt 9 muuttavat virtauksen suuntaa ja levyjen 9 tulopuolen pinnan ja läpän 2 jättöpuolen pinnan välille syntyy painekeskittymä, joka paine avaa läppää ja siten pienentää läpän dynaamisen momentin vaikutusta. Kuviossa 4a on kuvattu tapahtuma tavanomaisessa venttiilissä ja kuviossa 4b tapahtuma keksinnön mukaisessa venttiilissä. Keksinnön vaikutus on merkittävä. Kuviossa 5 esitetään erään mittauksen tulokset.

6 71983

Kuviosta havaitaan, että paine-eron kasvaessa, avauskulman pysyessä muuttumattomana, tavanomaisen rakenteen dynaaminen momentti kasvaa lähes suoraviivaisesti, kun taas keksinnön mukaisessa rakenteessa dynaaminen momentti on suhteessa paljon pienempi ja merkillepantavaa on momenttikäyrän loiventu-minen paine-eron kasvaessa. Tuloksista myös havaitaan, että mitä suurempi avauskulma on, sitä tehokkaammin rakenne pienentää dynaamista momenttia ja pienentää toimilaitteen kuormaa .

Keksinnön toinen suoritusmuoto on kuvattu kuvioissa 6 ja 7. Kuvauksessa on käytetty muuten kuvioiden 1 ja 2 mukaista venttiiliä, mutta kääntöakseli 8 on siirretty epäkeskeiseksi virtauskanavan 3 keskilinjan suhteen, joka siirto ei kuitenkaan ole oleellinen keksinnön toimivuuden kannalta.

Tätä sovel 1utustapausta käytetään olosuhteissa, joissa väliaine pyrkii kavitoimaan. Tässä keksinnön suoritusmuodossa kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuotoon on sulkuelimen tai läpän 2 tulopuolella, jättöreunan puolelle lisätty vaimennuslevyt 10 sille kääntöakseiin 8 jakamalle virtauskanavan 3 osalle, jolla sulkuelimen tai läpän 2 reunapinta kääntyy venttiiliä avattaessa myötävirtaan, ja sijaitsevat sopivimmin kääntö-akselin 8 suunnassa virtauskanavan 3 keskikorkeuden suhteen symmetrisesti. Vaimennuslevyjen 10 muoto, määrä ja keskinäiset suhteet voivat vaihdella samalla tavalla kuin mitä on kuvattu kuvioiden 1 ja 2 yhteydessä vaimennus1 evyistä 9. Vai-mennuslevyjen 10 vaimennusominaisuudet määrätään niin, että ne estävät liian suuren virtausnopeuden syntymisen jättöreu-nassa.

Kun kuvioiden 6 ja 7 mukainen venttiili avataan, käyttäytyy venttiili alussa samalla tavalla kuin kuvioiden 1 ja 2 venttiili. Avauskulman kasvaessa estävät levyt 10 jättöreunan puolen virtauksen kasvua niin, ettei vastaava paine laske alle virtaavan väliaineen höyrystymispaineen. Näin ei synny 71983 7 kavitointia eikä kavitoinnin melua. Koska vaimennuslevyt 10 estävät virtausnopeuden kasvua ja paineen alenemista jättö-reunassa, ne eivät lisää läpän tulopuolella painejakauman epäsymmetrisyyttä eikä läpän dynaamista momenttia. Tuloreu-nan puolella vaimennuslevyt 9 toimivat samalla tavalla kuin selostettiin kuvioiden 1 ja 2 venttiilin yhteydessä eli vähentävät dynaamista momenttia.

Claims (10)

1. Venttiili, jonka muodostaa läpivirtauskanavalla varustettu pesä (1), läpivirtauskanavaan (3) käännettävästi tai kierrettävästi sovitettu läpivirtausaukoton sulkuelin (2), 5 kuten esimerkiksi läppä, ja sulkuelimen (2) ja venttiilin pesän (1) välille tarvittaessa sovitetut yhdessä toimivat tiivistyselimet (6), jolloin venttiilin pesän (1) virtauska-navaan (3) on sovitettu yksi tai useampi peräkkäinen välin päässä toisistaan ja sulkuelimestä (2), sen ollessa kiinni- 10 asennossa, sijaitseva virtauskanavan (3) poikkipintaa pienentävä vaimennuselin tai -elimiä (9), tunnettu siitä, että vaimennuselin tai -elimet (9) on sovitettu sulkuelimen (2) jälkeen virtauksen jättöpuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiili, t u n - 15. e t t u siitä, että vaimennuselin tai -elimet (9) on varustettu niiden läpi menevillä rei’illa tai aukoilla (12).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiili, tunnettu siitä, että vaimennuselin tai -elimet (9) ovat virtauskanavan seinästä ulkonevia levyjä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiili, tun nettu siitä, että vaimennuselin tai -elimet (9) sijaitsevat sillä sulkuelimen (2) kääntöakselin (8) jakamalla virtauskanavan (3) osalla, jolla sulkuelimen (2) reunapinta kääntyy venttiiliä avattaessa vastavirtaan, ja sijaitsee so- 25 pivimmin kääntöakselin (8) suunnassa virtauskanavan (3) keskikorkeuden suhteen symmetrisesti.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen venttiili, tunnettu siitä, että vaimennuselimen (9) reiät tai aukot (12) jakaantuvat tasan vaimennuselimen (9) alueella.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen venttiili, tun nettu siitä, että kun vaimennuselimiä (9) on kaksi kappaletta tai enemmän, peräkkäisten vaimennuselimien (9) reiät tai aukot (12) eivät ole virtauskanavan (3) akselin suunnassa kohdakkain.

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen venttiili, tun nettu siitä, että kun vaimennuselimiä (9) on kaksi kappaletta tai enemmän, peräkkäisten vaimennuselimien (9) reiät tai aukot (12) kasvavat vaimennuselimestä toiseen sulkuelimestä (2) poispäin. 71983

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiili, tunnettu siitä, että ympyrän muotoisessa virtauskanavassa (3) virtauskanavan suuntaisessa projektiossa vaimennuselimen (9) muoto on segmentti tai vapaata virtauspoikkipintaa rajoitta- 5 van reunan muoto on kupera, kaareva tai sahalaitainen.

8 71983

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiili, tunnettu siitä, että suorakaiteen muotoisessa virtauskana-vassa (3) virtauskanavan suuntaisessa projektiossa vaimennus-elimen (9) muoto on suorakaide tai vapaata virtauspoikkipin- 10 taa rajoittavan reunan muoto on kupera, kaareva tai sahalaitainen .

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiili, tunnettu siitä, että vaimennuselin on kiinnitetty pesään (1) ruuviliitoksella tai vastaavilla elimillä, hitsaamalla tai 15 valamalla kiinteästi kiinni. 71983