FI78185B - Stroemningsregulator. - Google Patents

Description

1 78185

Virtaussäädin - Strömningsregulator

Keksintö kohdistuu putkessa virtaavan aineen kuten nesteen tai kaasun virtauksen säätimeen.

Nykyisin on käytössä pääasiassa virtaussäätimiä, joissa sul-kuosana toimii metalliläppä tai -lautanen. Läppään tai lautaseen on kiinnitetty varsi tai akseli, joka on viety venttiilin rungon seinän läpi. Läpivienti on tiivistettävä vuotojen estämiseksi. Läpän tai lautasen asentoa säädetään mekaanisesti varren tai akselin avulla joko käsikäyttöisesti tai moottorilla.

Käytössä on myös venttiilejä, joissa metallisen läpän tai lautasen asemesta käytetään joustavasta materiaalista kuten kumista tehtyä sulkukappaletta. Tällainen venttiili on esitetty esimerkiksi DS-patentissa 3753626. Sulkukalvoa liikutetaan mekaanisesti palkeen avulla, jonka pituuden muutokset aiheutuvat palkeen sisällä olevan aineen tilavuuden muutoksista. Palje on yhdistetty putkella tuntoelimeen, joka sijoitetaan säätökohtaan. Tuntoelimen sisällä on ainetta, jonka tilavuus muuttuu lämpötilan vaihdellessa. Tämä tilavuu-denmuutos välitetään putkiliitoksella palkeeseen.

Samantapainen venttiilin säätöjärjestelmä tunnetaan myös U3-patentista 3661324, jossa sulkuelimenä toimii metallinen sy-linterimäinen kappale. Tuntoelimessä olevan aineen tilavuu-denmuutokset liikuttavat joustavaa kalvoa, johon sulkukappa-le on kiinnitetty.

Myös kuulutusjulkaisusa DK 112 136 on esitetty lämpötilan vaihtuessa tilavuuttaan muuttavan aineen käyttö venttiilin sulkuosan asennon säätämiseen.

Kolmessa edellä mainitusta tapauksesta on kyseessä ns. oma-voimainen säätöjärjestelmä, jossa säädettävään kohtaan sijoitetun tuntoelimen lämpötilan vaihtelut ohjaavat sulkukappa- 2 78185 leen asentoa ilman, että säätäjään tarvitsee tuoda lisäenergiaa.

US-patenttijulkaisu 3 778 021 esittää lämpövoimaista sulku-venttiiliä, jonka sulkuelimenä on kartiomainen tulppa, jonka varsi on viety venttiilirungon seinän läpi kalvokammioon, jossa varren pää on kiinnitetty kalvoon, jonka toisella puolella oleva kammiotila on putkella yhdistetty säiliöön, jossa on voimakkaasti lampolaajenevaa ainetta ja sähkövastus aineen kuumentamiseksi.

US-patentissa 2662550 on esitetty myös lämpövoimainen säätö-venttiili, jossa virtaavan nesteen sisään on sijoitettu joustavasta materiaalista valmistettu umpinainen sulkuelin. Sulkuelin sisältää voimakkaasti lämpölaajenevaa ainetta ja siihen on sijoitettu sähkövastus aineen kuumentamiseksi. Venttiiliä suljettaessa kuumennetaan sulkuelimessä olevaa ainetta, jolloin sulkuelin laajentuessaan sulkee virtauksen.

Kaikissa edellä esitetyissä venttiilityypeissä on heikkouksia, jotka johtuvat niiden monimutkaisesta rakenteesta.

Mekaanisella läppä- tai lautasventtiilillä on suurimpana heikkoutena karan tai akselin tiivisteen kulumisesta aiheutuvat vuodot, joista aiheutuu vähitellen karstan muodostu-. . mistä ja venttiilin kiinnijuuttuminen. Toinen heikkous on venttiilin läpän tai lautasen ja istukan väliin kiinni-asennossa jäävät roskat, jotka estävät venttiilin tiiviin sulkeutumisen. Tästä aiheutuu helposti säätövaikeuksia. Kolmas heikkous, joka aiheutuu mekaanisesta toimilaitteistosta on säädön epätarkkuus. Kysymyksessä on aina askelittaan tapahtuva epäjatkuva säätö ja kulumisen seurauksena liikettä välittäviin mekaanisiin osiin syntyy aina välyksiä.

Edellä, on esitetty myös venttiilejä, joissa mekaanisen käytön sijasta toimimoottorina on käytetty tuntoelimessä olevan aineen tilavuuden muutoksia.

3 78185

Tunnetut venttiilityypit ovat kuitenkin monimutkaisia rakenteeltaan eivätkä omavoimaisina sovellu vaativiin säätötehtä-viin, joissa tarvitaan suurta tarkkuutta sekä suuria sulku-voimia.

US-patentin 2662550 mukainen lämpövoimainen venttiili# jossa laajenevaa ainetta kuumennetaan sähkövastuksella, on monimutkainen rakenteeltaan.

Lämpölaajenevan aineen ollessa välittömässä lämmönsiirto-yhteydessä venttiilirungon kanssa ja sulkuelimen sijaitessa säädettävässä nestevirtauksessa on vaikeaa estää nestevir-tauksen lämpötilanvaihtelujen vaikutus säätötarkkuuteen.

Keksinnön mukaisen venttiilin sulkuelin on valmistettu joustavasta materiaalista ja on sijoitettu venttiiliin siten, että virtaava aine on vain sulkuelimen toisella puolen. Virtauksen säätö tapahtuu puristamalla kaivoslaista sulkuelintä paineella kohti venttiilipesässä virtaavaa ainetta, jolloin sulkukalvon ja venttiilipesän välinen rako pienenee kuristaen virtausta. Keksinnön mukaisessa venttiilissä säätöpaine vaikuttaa välittömästi sulkuelimen pintaan ja säätöön tarvittava paine, esim. nestepaine, saadaan aikaan kuumentamalla suljetussa joustamattomassa tilassa olevaa ainetta, joka laajenee voimakkaasti lämpötilan noustessa ja johtamalla tämä paine sopivalla järjestelyllä sulkuelimen taakse. Lämpölaa jenevana materiaalina voidaan käyttää öljyä, vahaa, puolikiinteitä tai nestemäisiä muoveja.

Tällainen venttiili tunnetaan ennestään englantilaisesta hakemus julkaisusta GB 2125938, jossa kuvassa 10 on esitetty sovellutusesimerkki edellä esitetyllä tavalla toimivasta venttiilistä. Kuvan 10 mukaisessa rakenteessa on lämpövir-taus venttiilipesästä virtaavan nesteen ja suljetussa tilassa olevan paisuvan aineen välillä pyritty estämään sulkueli-meen liitetyllä lämpöeristeellä. Lämmön siirtymistä esim. venttiilissä virtaavasta kuumasta nesteestä muuttuvatila- * 78185 vuuksiseen aineeseen sekä sen sisäänsä sulkevan säiliön seinämiin ei tällaisella ratkaisulla ole kuitenkaan pitkäaikaisessa käytössä estetty. Lämpövoimaisen venttiilin säädön stabilisuuden kannalta tällainen lämmön siirtyminen on haitallista. Toinen epäkohta on se, että sulkuelimen rakenne ja toiminta mahdollistaa pienen virtauspoikkipinnan suhteessa sulkuelimen pinta-alaan ja edellyttää virtauskanavan suunnan olennaisia muutoksia venttiilirungossa.

Keksinnön tarkoituksena on näiden haittojen poistaminen ja siten tarjota käyttöön stabilisäätöinen ja rakenteeltaan yksinkertainen venttiili.

Keksinnön mukaisessa venttiilissä tämä tehtävä on ratkaistu siten, että virtauskanavan puoleinen sulkuelimen pinta,, joka säätimen sulkuasennossa nojaa vasten kiinteää istukkapintaa, on tehty muotoaan muuttavaksi yhdessä joustavan sulkuelimen muodonmuutoksen kanssa, jolloin säätimen sulkuasennossa sul-kuelin ja sen mainittu pinta mukautuvat mainitun säätöpai-neen vaikutuksesta kiinteän istukkapinnan muotoon, ja että mainittu muuttuvatilavuuksinen aine on lämpöeristetty vent-tiilirungosta.

Sulkuelimen rakenne ja yhteistoiminta kiinteän istukkapinnan kanssa varmistaa suuren tarkkuuden pienillä läpivirtauksilla, tiiviin sulkeutumisen ja pitkäikäisyyden (ei hankauksella kuluvia liikkuvia osia). Tämän lisäksi säätöosa ja venttiilin runko-osa ovat erotetut toisistaan siten, että toiminnan kannalta haitallista (säätötarkkuutta alentavaa) läm-pövirtausta ei pääse syntymään. Eristäminen voi tapahtua riittävän paksun eristyskappaleen avulla, jonka läpi säätö-paine johdetaan sulkuelimen pinnalle yhtä tai useampaa ohutta reikää pitkin tai erottamalla säätöosa ja venttiilin runko toisistaan ja liittämällä ne putkella yhteen. Keksinnön mukaisen venttiilin toisessa suoritusmuodossa on lisäksi tunnusomaista, että säätoosan pohjalle muodostetaan pienempi säiliö, jonka erottaa säätöosan ylemmästä säiliöstä taipuisa 5 78185 kalvo. Pienemmässä säiliössä on hydraulinestettä, jonka tilavuus riippuu vain vähän lämpötilasta. Tällöin ei putkessa olevan nesteen lämpötilan muutokset vaikuta säädön stabili-suuteen.

Kuviossa 1 on esitetty poikkileikkauskuva keksinnön mukaisen säätöventtiilin yhdestä sovellutusmuodosta.

Kuviossa 2 on esitetty poikkileikkaus keksinnön mukaisen säätöventtiilin säätöosan toisesta sovellutusmuodosta, jossa säätöosa on erotettu venttiiliosasta ja yhdistetty siihen putkella.

Seuraavassa selostetaan keksinnön mukaisen venttiilin rakennetta ja toimintaa kuvan 1 merkintöihin viitaten.

Kuvion 1 suoritusmuodossa säädettävä virtaus kulkee virtaus-kanavassa 1. Säätimen venttiiliosa on merkitty viitenumerolla 2 ja muuttuvatilavuuksinen materiaali viitenumerolla 3. Materiaalin 3 tilavuudenmuutoksia myötäilevä, virtauskana-vassa 1 virtausta säätävä, joustava sulkuelin on merkitty viitenumerolla 4. Materiaalin 3 ja sulkuelimen 4 sekä vent-tiilirungon 2 välillä on lämpöeriste 5. Virtauskanavassa 1 on lämpöeriste 6. Muuttuvatilavuuksinen materiaali 3 on pääosin säätöosan 7 säiliössä 7a. Materiaalin 3 lämpötilansää-töön käytetään sähkövastuksia 8. Materiaalin 3 lämpötilan-mittausta varten on NTC-vastus 9. Säätöosa 7 on kiinnitetty pulteilla 10 venttiilirunkoon 2. Pultit 10 puristavat säätö-osaa 7 ja venttiilirunkoa 2 vasten lämpöeristekappaleen 5 vastakkaisia sivuja ja joustavan kalvon muodostaman sulkuelimen 4 reunat on puristettu venttiilirungon 2 ja eristekap-paleen 5 väliin. Vastusten 8 ja vastuksen 9 läpimeno säiliöön 7 on tiivistetty valulla 11.

Keksinnön mukainen toinen sovellutusmuoto on esitetty kuviossa 2. Tässä sovellutusmuodossa säätöosan 7 säiliön 7a pohjan muodostaa joustava kalvo 16, jonka toiselle puolen 6 78185 muodostuu pienempi säiliöosa 12, jonka muodostaa kierteellä 13 suurempaan säiliöosaan 7a kiinnitetty pohjakappale 14. Pienempi säiliöosa 12 on täytetty paineenvälittämiseen soveltuvalla nesteellä 12a, jolle on ominaista tilavuuden vähäinen riippuvuus lämpötilasta. Paine alasäiliöstä 12 johdetaan putkea 15 pitkin yhteen tai useampaan säätöventtiiliin, esim. piirustuksen 1 mukaiseen säätöventtiiliin.

Kuvion 2 sovellutusmuotoa voidaan käyttää sellaisissa käyttökohteissa, joissa suurat lämpötilaerot ja lämpötilavaihte-lut aiheuttaisivat säädön epätarkkuutta, jos säätöosa olisi sijoitettu venttiiliosan yhteyteen. Lisäksi tarjoutuu mahdollisuus ohjata yhdellä säätöosalla 7 useita venttiileitä käyttämällä useita rinnakkaisia putkia 15.

Putkessa 15 oleva välitysneste 12a on ympäristön lämpötilassa. Johtuen välitysnesteen pienestä tilavuudesta ja pienestä lämpölaajenemiskertoimesta, saadaan myös tällä ratkaisulla hyvä säätötarkkuus.

Claims (6)

7 78185

1. Virtaussäädin virtaavan nesteen, kaasun tai muun virtaa-van aineen virtauksen säätämiseksi, johon säätimeen kuuluu venttiilirunko (2), joka rajoittaa virtauskanavaa (1), jonka sisäpinnalla on istukkapinta (2a), jota vastapäätä virtaus-kanavan toisella puolella on joustavasta materiaalista tehty sulkuelin (4), joka on järjestetty puristettavaksi kohti is-tukkapintaa (2a) paineella, joka on synnytetty säätöosassa (7) muuttuvatilavuuksisen aineen (3) avulla säätämällä tämän aineen lämpötilaa aineen sisään sijoitetulla sähkövastuksella (8), jolloin laajenevan aineen lämmetessä syntyvä paine johdetaan ainakin yhden nestepätsaan (3a, 15) avulla säätö-osasta (7) sulkuelimen (4) pinnalle, tunnettu siitä, että virtauskanavan (1) puoleinen sulkuelimen pinta (4a), joka säätimen sulkuasennossa nojaa vasten kiinteää is-tukkapintaa (2a), on tehty muotoaan muuttavaksi yhdessä joustavan sulkuelimen (4) muodonmuutoksen kanssa, jolloin säätimen sulkuasennossa sulkuelin (4) ja sen mainittu pinta (4a) mukautuvat mainitun säätöpaineen vaikutuksesta kiinteän istukkapinnan (2a) muotoon, ja että mainittu muuttuvatilavuuk-sinen aine (3) on lämpöeristetty (5; 12, 15) venttiilirungosta (2) joko kiinteän lämpöeristekappaleen (5) välityksellä tai pienen lämpölaajenemiskertoimen omaavan hydraulinesteen (12a) välityksellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtaussäädin, tunnettu siitä, että säätöosa (7) on kiinnitetty venttii-lirunkoon (2) lämpöeristekappaleen (5) välityksellä, ja mainittu nestepatsas (3a) on johdettu eristekappaleen (5) läpi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtaussäädin, tunnettu siitä, että säätöosan (7) toiseen päähän on muodostettu pienempi säiliö (12), jonka erottaa säätöosan isommasta, muuttuvatilavuuksista ainetta sisältävästä säiliöstä taipuisa kalvo (16) ja joka on yhdistetty putkella (15) venttiilin runko-osaan (2) ja joka on täytetty hydraulines-teellä (12a), jolla on pieni lämpölaajenemiskerroin. 8 78185

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtaussäädin, tunnettu siitä, että virtauskanavan (1) seinämässä on harjanne (2a), joka kohoaa kohti sulkuelintä (4) ja muodostaa venttiilirunkoon (2) kiinteästi liittyvän istukkapinnan.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen virtaussäädin, tunnettu siitä, että säätöosa (7) on kiinnitetty venttiilirunkoon (2) pulteilla (10), jotka puristavat säätoosaa (7) ja venttiiiirunkoa (2) vasten lämpöeristekappaleen (5) vastakkaisia sivuja, jolloin joustavan kalvon muodostaman sul-kuelimen (4) reunat on puristettu venttiilirungon (2) ja eristexappaleen (5) väliin.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen virtaussäädin, tunnettu siitä, että sulkuelin (4) ja eristeainekappale (5) rajoittavat väliinsä painetilan (3b), jossa sulkuelintä (4) liikuttava säätopaine vaikuttaa. 9 781 85