FI77123B

FI77123B - FLOEDESREGULATOR.

Info

Publication number: FI77123B
Application number: FI853091A
Authority: FI
Inventors: Jouko Samuli Maijanen
Original assignee: Jouko Samuli Maijanen
Priority date: 1985-08-12
Filing date: 1985-08-12
Publication date: 1988-09-30
Also published as: FI853091L; FI853091A0; FI77123C

Description

7712377123

VIRTAUSSÄÄDINFLOW CONTROL

Keksintö kohdistuu virtaussäätimeen, jolla ilman apuener-giaa voidaan säätää nestemäisten, höyrymäisten ja kaasumaisten aineiden virtausta tulo- ja lähtöpaineista (paine-erosta) riippumattomaksi riittävällä tarkkuudella.The invention relates to a flow controller with which, without auxiliary energy, the flow of liquid, vaporous and gaseous substances can be controlled independently of the inlet and outlet pressures (pressure difference) with sufficient accuracy.

5 Ennestään tunnetaan mainittuun tarkoitukseen kehitettyjä säätimiä. Epäkohtina näissä virtaussäätimissä on se, että virtauksen mittausaukossa synnyttämä paine-ero ilman väli-vahvistusta vaikuttaa siihen elimeen, jonka aiheuttama kuristus vaihtelee siten, että virtaus pysyy riittävän 10 tarkasti halutussa arvossa (amerikkalaiset patenttijul kaisut 2800919, 3074422 ja 3926213, saksalaiset patenttijulkaisut 851135 ja 1046352, saksalaiset hakemusjulkaisut 2747172 ja 2365679 sekä suomalainen patenttihakemus 20.8. 1973, Seppo Maijanen). Amerikkalaisen patenttijulkaisun 15 4364409 mukaisen keksinnön käsittämässä virtaussäätimessä käytetään hydraulista apuenergiaa, joten se poikkeaa oleellisesti tämän keksinnön mukaisesta omavoimaisesta virtaus-säätimestä.5 Controllers developed for this purpose are already known. The disadvantages of these flow controllers are that the pressure difference generated by the flow in the measuring orifice without intermediate gain affects the member whose throttle varies so that the flow remains sufficiently accurately at the desired value (U.S. Pat. Nos. 2,800,919, 307,442 and 3,926,213 to German Pat. , German application publications 2747172 and 2365679 and a Finnish patent application 20 August 1973, Seppo Maijanen). The flow controller of the invention of U.S. Patent No. 15,436,409 uses hydraulic auxiliary energy, so it differs substantially from the self-powered flow controller of the present invention.

Tämän keksinnön mukaiselle virtaussäätimelle on tunnusomais-20 ta se, että sen toiminta perustuu omavoimaiseen servovahvis- timeen, minkä ansiosta mittauselimeen, joka ilmaisee virtauksen muutokset, kohdistuu vain erittäin vähäisiä häiriö-voimia. Tällöin voidaan mittauselin konstruoida paine-eron, valmistuksen, pitkäaikaisen käytön ja huoltotarpeen kannal-25 ta edullisella tavalla.The flow controller according to the present invention is characterized in that its operation is based on a self-powered servo amplifier, as a result of which only very small disturbance forces are applied to the measuring element, which detects changes in the flow. In this case, the measuring element can be constructed in a cost-effective manner in terms of pressure difference, manufacture, long-term use and maintenance needs.

Tarkemmin, mikä on tunnusomaista tälle keksinnölle on se, mitä on mainittu patenttivaatimuksissa 1. ja 2.More specifically, what is characteristic of the present invention is what is stated in claims 1 and 2.

2 771232 77123

Oheistetussa piirustuksessa on esitetty eräs keksinnön mukaisen virtaussäätimen periaatekuva pystyleikkauksessa. Säädin koostuu kiinteään runkoon kuuluvasta mittauskam-miosta (9) ja säätökammiosta (10). Säädin voidaan varus-5 taa myös näytinosalla (11).The accompanying drawing shows a schematic vertical section of a flow regulator according to the invention. The controller consists of a measuring chamber (9) and a control chamber (10) belonging to a fixed frame. The controller can also be equipped with the display part (11).

Mittauskammion 9 sisällä on asetettavissa oleva tunnetulla tavalla konstruoitu kuristin (1), kalvomainen (kuvassa) tai uimurimainen elin (3), jousi (2) ja kalvon (3) liikkeen välittävä karamainen elin (4).Inside the measuring chamber 9, a choke (1), a membrane-like member (3) or a float-like member (3), a spring (2) and a spindle member (4) transmitting the movement of the membrane (3) can be placed in a known manner.

10 Säätökammion (10) sisällä on kalvomainen (kuvassa) tai ui murimainen elin (6), tämän elimen liikkuessa muuttuva aukko (7), jousi (8) sekä karamaisen elimen (4) ja kalvomai-sen elimen (6) välisen etäisyyden mukana muuttuva aukko (5). Aukko (5) voi olla vaihtoehtoisesti kiinteässä runko-15 osassa (10), jolloin sen kuristusvaikutus riippuu yksino maan karamaisen elimen (4) asemasta. Näytinosa (11) ei ole keksinnön kannalta oleellinen.Inside the adjustment chamber (10) there is a membrane-like (pictured) or floating groove-like member (6), an opening (7) which varies as this member moves, a spring (8) and a variable distance between the spindle member (4) and the membrane-like member (6). opening (5). The opening (5) may alternatively be in a fixed body-15 part (10), whereby its throttling effect depends exclusively on the position of the ground-like spindle member (4). The sample part (11) is not essential to the invention.

20 Toimintaperiaate.20 Operating principle.

Asetussuureen arvo eli haluttu virtaus asetellaan kuristusta (1) tunnetulla tavalla muuttamalla. Kuristuksessa (1) syntyy virtauksesta riippuva paine-ero. Mainittu paine-ero 25 puolestaan synnyttää kalvomaisessa elimessä (3) fysiikan la kien mukaisesti voiman, jota vastaan vaikuttaa jousen (2) jousivoima. Virtauksen kasvaessa kalvo pyrkii liikkumaan siten, että jousivoima kasvaa. Tämä liike välitetään karamaisen elimen (4) avulla servovahvistimena toimivan auk-30 ko (5) - kalvo (6)-yhdistelmän aukolle (5) siten, että kun karamainen elin (4) liikkuu virtauksen suuntaan, kasvaa aukon (5) aiheuttama kuristus,ja siinä syntyvä paine-ero samalla kasvaa. Tämä paine-ero synnyttää kalvomaisessa elimessä (6) voiman, joka pyrkii liikuttamaan sitä virtauksen 35 suuntaan ja pienentämään säätöaukkoa (7). Aukko (7) piene nee, kunnes virtaus asettuu sen suuruiseksi, että jousen (2) voima ja kalvomaisessa elimessä (3) virtauksesta riippuvan paine-eron aiheuttama voima ovat tasapainossa. Keksinnölle on luonteenomaista se, että vahvistuselin toimii 40 omavoimaisena servovahvistimena, ja sen avulla saadaan eli-The value of the setpoint, ie the desired flow, is set by changing the throttle (1) in a known manner. A flow-dependent pressure difference occurs in the throttle (1). Said pressure difference 25 in turn generates a force in the membrane-like member (3) according to the laws of physics, which is counteracted by the spring force of the spring (2). As the flow increases, the membrane tends to move so that the spring force increases. This movement is transmitted by means of the spindle member (4) to the opening (5) of the aperture (5) - membrane (6) combination acting as a servo amplifier, so that when the spindle member (4) moves in the flow direction, the constriction caused by the opening (5) increases, and at the same time the resulting pressure difference increases. This pressure difference creates a force in the membrane-like member (6) which tends to move it in the direction of the flow 35 and to reduce the control opening (7). The orifice (7) narrows until the flow is such that the force of the spring (2) and the force caused by the flow-dependent pressure difference in the membrane-like member (3) are in balance. The invention is characterized in that the amplifying member acts as a self-powered servo amplifier 40 and

IIII

3 77123 men (6) säätöaukkoa (7) sulkevan osan asema seuraamaan elimen (3) asennon muutoksia ilman, että säätöaukon (7), jousen (8) ja elimen (6) aiheuttamat häiriövoimat vaikuttavat mittauselimiin (2) ja (3).3 77123 men (6) position of the part closing the adjustment opening (7) to monitor changes in the position of the member (3) without the measuring members (2) and (3) being affected by the disturbing forces caused by the adjustment opening (7), the spring (8) and the member (6).

55

Keksinnön edut.Advantages of the invention.

Samaan suuntaan kuin kalvomaisen elimen (6) voima vaikuttaa 10 myös aukossa (7) paine-eron aiheuttama mainittua aukkoa sul kevaan osaan (6) kohdistuva voima. Viimeksi mainittu voima on suurimmillaan silloin, kun säätimen yli esiintyvä paine-ero P1-P2 ja samalla myös aukon (7) yli vaikuttava paine-ero ovat suurimmillaan. Tästä seuraa, että elimen (6) yli esiin-15 tyvä paine-ero on pienimmillään silloin, kun paine-ero P1-P2 on suurimmillaan ja kääntäen elimen (6) yli vaikuttava paine-ero on suurimmillaan silloin, kun paine-ero P1-P2 on pienimmillään. Vastaavasti aukkoa (5) sulkevan elimen (4) kautta mittauselimeen (3) kohdistuva voima on pienimmillään sil-20 loin, kun säätimen yli vaikuttava paine-ero P1-P2 on suurim millaan ja kääntäen. Tämä on erilainen ilmiö kuin aikaisemmin tunnetuissa omavoimaisissa virtaussäätimissä.In the same direction as the force of the film-like member (6), the force exerted on the part (6) closing said opening caused by the pressure difference in the opening (7) also acts. The latter force is at its maximum when the pressure difference P1-P2 across the regulator and at the same time also the pressure difference across the opening (7) is at its maximum. It follows that the pressure difference across the member (6) is at a minimum when the pressure difference P1-P2 is at its maximum and, conversely, the pressure difference across the member (6) is at a maximum when the pressure difference P1- P2 is at its lowest. Correspondingly, the force applied to the measuring element (3) through the closing element (4) of the opening (5) is at its lowest when the pressure difference P1-P2 acting over the regulator is at its largest and vice versa. This is a different phenomenon than previously known self-powered flow controllers.

Tämän keksinnön mukaisen ratkaisun ansiosta virtaussäädin voidaan yksinkertaisesti ja toimintavarmasti tehdä sellaisek-25 si, että mittauselimeen kohdistuva säätimen yli vaikuttavan paine-eron vaihtelusta aiheutuva voima on koko toimialueella hyvin pieni. Lisäksi vahvistinelimen (6) ansiosta voidaan käyttää hyvin pientä paine-eroa mittauselimellä (3), jolloin vastaavasti aukko (1) voi olla suuri. Tämä on eduksi roskien 30 aiheutaman tukkeutumisvaaran torjumiseksi sekä pitkäaikai sessa käytössä aukkoon kertyvien kontaminaatioiden aiheuttaman asetussuureen arvon muuttumisen vähentämiseksi. Lisäksi mittauksessa tarvittavan aikaisempaa pienemmän paine-eron ansiosta on mahdollista yksinkertaisesti soveltaa tunnettua 35 hydraulista siltaratkaisua mittauksessa, jolloin virtaavan aineen viskositeettivaihteluiden aiheuttamat virheet vähenevät.Thanks to the solution according to the invention, the flow regulator can be made simply and reliably such that the force acting on the measuring element due to the variation of the pressure difference acting over the regulator is very small in the entire operating range. In addition, thanks to the amplifier element (6), a very small pressure difference can be used with the measuring element (3), whereby the opening (1) can be correspondingly large. This has the advantage of counteracting the risk of clogging caused by the debris 30 and of reducing the change in the value of the setpoint caused by contamination accumulating in the opening in long-term use. In addition, due to the smaller pressure difference required in the measurement, it is possible to simply apply the known hydraulic bridge solution 35 in the measurement, whereby the errors caused by the viscosity fluctuations of the fluid are reduced.

Vahvistinelimen (6) ansiosta myöskään säätöaukossa (7) mahdollisesti esiintyvät kitkavoimat eivät vaikuta mittauseli-40 meen, joten säätöaukon (7) rakenne- ja mitoitusratkaisut 4 77123 on mahdollista tehdä monipuolisemmin kuin aikaisemmin tunnettujen keksintöjen mukaisissa ratkaisuissa.Thanks to the amplifier element (6), the frictional forces that may occur in the control opening (7) also do not affect the measuring element 40, so that the structural and dimensioning solutions 4 77123 of the control opening (7) can be made more versatile than previously known inventions.

Koska keksinnön mukaisessa säätimessä kuristuselin (1) voi olla kiinteässä runko-osassa ja siinä synnytettävä paine-5 ero olla pieni, voidaan tämän keksinnön mukaista säädintä soveltaa aikaisempien keksintöjen mukaisia säätimiä paremmin kauko-ohjaukseen ja muiden suureiden säätöön.Since the throttle member (1) in the regulator according to the invention may be in a fixed body part and the pressure difference 5 generated therein may be small, the regulator according to the present invention can be better applied to remote control and other variables than the regulators according to the previous inventions.

IlIl

Claims

1. A self-contained flow controller that, without external auxiliary energy, adjusts the flow of liquid, vapor, or kaa-5 flowing through it independently of the pressure difference between inlet and outlet pressures to a preset value within the controller-specific range and accuracy, and includes a fixed body , formed by the measuring chamber part (9) and the control chamber part (10) and the inlet connection (14) and the outlet connection (15) located therein, characterized in that the measuring chamber part (9) has an adjustable measuring opening member (1), the membrane member (3) and the spring (2) and the control chamber part (10) have a self-powered servo amplifier formed by the spring (8), the membrane member (6) and the opening (5) therein and a position-dependent adjustment opening of the membrane member (6) (7), and that the position of the film-like measuring member (3) directly or via the spindle member (4) affects the throttling of the opening (5) and that the position of the film-like measuring member (6) follows changes in the position of the film-like measuring member (3).

2. A self-contained flow controller that, without external auxiliary energy, regulates the flow of liquid, vapor, or gas flowing through it independently of the pressure difference between inlet and outlet pressures to a preset value within the controller-specific range and accuracy, and includes 25 fixed bodies formed by the measuring chamber part (9) and the control chamber part (10) and the inlet connection (14) and the outlet connection (15) located therein, characterized in that the measuring chamber part (9) has an adjustable measuring opening member (1), membrane-like the member (3) and the spring (2) and the control chamber part 30 (10) have a self-powered servo amplifier formed by the spring (8), the membrane-like member (6) and an opening in the fixed body (not shown) and a position-dependent adjustment opening of the membrane-like member (6) (7), and that the position of the film-like measuring member (3) directly or via the spindle member (4) affects the throttling of said opening in the body, and that the position of the film-like member (6) follows the film changes in the position of the measuring element (3).

Flow regulator according to Claim 1 or 2, characterized in that the body part consists of 40 combined measuring and control chambers. 6 77123

Claims 1, 2. and a flow regulator according to claim 3, characterized in that the measuring orifice member (1) is located in the membrane-like member (3).

Claims 1, 2, 3. and a flow regulator according to claim 4, characterized in that the measuring orifice member is provided with a remote control.

5,771 23

Flow regulator according to Claims 1, 2, 3 and 3, characterized in that the size of the measuring opening (1) is influenced by another quantity.

Claims 1, 2, 3, 4, 5. and 6. flow regulator, characterized in that it is provided with a non-return valve function.

Flow regulator according to Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7, characterized in that it is provided with a flow indicator (11 and 11.1).

Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. and 8. flow regulator, characterized in that it is provided with an alarm function. 7 77123