FI79184B - Staengningsorgan i ventil. - Google Patents

Description

1 79184

Venttiilin sulkuelin Tämä keksintö koskee venttiilin sulkuelintä, joka on sovitettavissa kierrettävästi läpivirtauskanavalla varustettuun venttiilin pesään, jolloin sulkuelimen läpi kulkee 5 useita rinnakkaisia pääkanavia, jotka yhdessä muodostavat sulkuelimen virtausaukon.

Saksalaisesta patenttijulkaisusta 2 359 717 tunnetaan venttiili, jonka sulkuelimen virtausaukko muodostuu useista rinnakkaisista kanavista.

10 Euroopan patenttijulkaisussa 13601 on kuvattu venttiiliä, jossa pyörähdyskappaleen, esim. pallon tai lieriön muotoisen sulkuelimen aukkoon on sovitettu yksi tai useampia revitettyjä vaimennuslevyjä. Levyt on sovitettu siten, että ne sulkuelimen avatussa asennossa ovat virtauksen suuntaisia. Kun 15 venttiili on osittain avatussa asennossa eli säätöasennossa, osa virtauksesta kulkee vaimennuslevyjen reikien kautta. Vaimennuslevyjen tarkoituksena on vähentää kavitaatiota ja siitä aiheutuvaa melua ja kulumista venttiilin ollessa säätöasennossa .

20 Saksalaisessa hakemus julkaisussa 2 352 370 on kuvattu venttiiliä, missä sulkuelimen muodostaa ontto lieriö. Vir-tausaukot muodostuvat esim. useista rinnakkaisista porauksista lieriön vastakkaisissa seinissä. Lieriön sisään on sovitettu rei’itetty vaimennuslevy, joka sulkuelimen avatussa 25 asennossa on poikittain virtaussuuntaan nähden.

Ruotsalaisesta kuulutus julkaisusta 449 031 tunnetaan pal-loventtiili, jonka sulkuelimessä on useita virtauskanaviston muodostavia rinnakkaisia porauksia. Venttiilin pesässä on pallomaista sulkuelintä ympäröivä rengastila, joka yhdistää 30 sulkuelimen virtauskanaviston kanavia silloin, kun venttiili on osittain avattuna.

Tämän keksinnön mukaiselle sulkuelimelle on tunnusomaista se, että ainakin osa sulkuelimen pääkanavista on yhdistetty yhteen tai useampaan rinnakkaiseen pääkanavaan pääkanavan 35 suhteen epäkeskisillä sivukanavilla siten, että pää- ja si-vukanavien keskiakselit ovat välin päässä toisistaan olevissa eri tasoissa.

Kun kanavat yhtyvät toisiinsa opäkeskisesti siten, että 2 79184 niiden keskiakselit ovat eri tasoissa, venttiilin kuristus-asennossa eli osittain avatussa asennossa virtaus joutuu vaihtamaan suuntaansa eri tasoissa, jolloin osaan kanavista syntyy pyörrevirtaus pituusakselin ympäri.

5 Tämän keksinnön kohteena on tarkemmin sanottuna neljan- neskiertoventtii1iin tai vastaavaan sovitettava sulkuelin, kuten pallo, pallosektori, tulppa tai tulpan osa, ja sen läpi johtava virtauskanavisto, jonka tuloaukko ja läpivirtaus riippuvat sulkuelimen asennosta venttiilin tulopuolen aukio koon nähden eli avautumasta.

Keksinnön tarkoituksena on ensisijaisesti aikaansaada virtauksen kuristusprosessiin liittyvä virtaavan aineen energiatilan muutos (dissipaatio) siten, että virtauskana-viston tarkasti suunniteltu kolmiulotteinen muoto mahdolli-15 simman tehokkaasti vaimentaa venttiilin kuristusprosessissa syntyvää melua sekä virtauksen venttiilille aiheuttamaa eroosiota. Keksintö toteuttaa tämän pyörrevirtauksen avulla mahdollisimman pienessä tilassa jakamalla dissipaatioproses-sin tapahtumat tasaisesti sulkuelimen sisäiseen virtauskana-20 vistoon.

Keksinnön toissijainen tarkoitus on saavuttaa paras mahdollinen käyttöturvallisuus ja mekaaninen rakenne erityisellä rakenneratkaisulla, jossa sulkuelin siihen muodostettuine virtauskanavineen on valmistettu yhdestä kappaleesta.

25 Sulkuelimen sisälle muotoiltu pyörrevirtauskanavisto muo dostuu useasta suorasta tai olakkeellisesta pääkanavasta, joita yhdistää rinnakkaisiin pääkanaviin nähden poikittaiset sivukanavat. Keksinnön ensisijaisen tarkoituksen toteuttamiseksi kanavisto valmistetaan siten, että tiettyjen kanavien 30 keskiakselien ympäri syntyy virtausta kuristettaessa pyörre- virtaus eli dralli. Esim. kaikki tai osa sivukanavien keskilinjoista on riittävän etäällä ja eri tasossa niihin liittyvien pääkanavien keskilinjoista ja näiden tasosta, jotta si-vukanavan kautta tapahtuvan virtauksen liikemäärä saa aikaan 35 pyörrevirtausta kyseiseen pääkanavaan. Venttiilissä tapahtuvassa kuristusprosessissa väliaineen paineeseen sitoutunut potentiaalienergia muuttuu tällöin mainittujen pyörteiden vaikutuksesta tehokkaasti lämmöksi ja paikalliset virtausno- 3 79184 peudet minimoituvat.

Pyörrevirtauksen eräs etu on se, että kavitaatio tapahtuu pyörteen keskellä. Tämä vähentää sulkuelimeen kohdistuvaa kavitaation aiheuttamaa kulumista. Pää- ja sivukanavien 5 määrällä ja keskinäisellä suhteella voidaan vaikuttaa vent tiilin säädön ominaiskäyrään, onko se nk. lineaarinen vai tasaprosenttinen. Pyörrevaikutus riippuu sivukanavavirtauk-sen liikemäärän suhteesta pääkanavavirtauksen liikemäärään ja se yleensä pienenee, kun sulkuelintä avataan. Pyörrevir-10 tauskanavisto voidaan toteuttaa erillisellä, sulkuelimeen tarkasti sovitetulla patruunalla, johon kanavistot on muodostettu, jolloin sulkuelimessä on aukko tätä varten. Vaihtoehtoisesti pyörrevirtauskanavisto voidaan sijoittaa suoraan yhtenäiseen sulkuelimeen. Myös sivukanavan pyörrevaiku-15 tus voidaan toteuttaa merkityksellisellä tavalla.

Yhtenäisessä sulkuelimessä virtauskanavat on valmistettu esimerkiksi poraamalla tai valamalla yksiosaiseen kappaleeseen edellä kuvatulla tavalla, mutta myös siten, että pyör-revaikutusta ei synny.

20 Tavanomaisessa palloventtiiIissä on ongelmana se, että venttiiliä avattaessa tiiviste jää sulkuelimen aukon kohdalla ilman tukea. Tämän keksinnön mukaisessa ratkaisussa vir-tauskanavien välissä oleva sulkuelimen ulkopinta voidaan muotoilla siten, että se toimii tiivisteen tukipintana sul-25 kuelimen kuristusasennossa, t.s. sulkuelimen liikkuessa tiiviste on liukuvassa kosketuksessa tämän pinnan kanssa. Tämä rakenne estää virtauksen tiivisteen ja sulkuelimen välistä ja estää korkean paikallisen pintapaineen muodostumisen vir-tausaukon reunalle, mikä tavallisella sulkuelinratkaisulla 30 aiheuttaa tiivisteen kiinnileikkautumista ja epätasaista, nykivää säätöliikettä.

Keksintöä ja sen yksityiskohtia selostetaan lähemmin seu-raavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää perspektiivisesti yhtä sulkuelimen vir-35 tauskanavaa ja kahta sen poikki kulkevaa sivukanavaa, kuvio 2 esittää poikkileikkausta keksinnön yhden sovellutuksen mukaisesta sulkuelimestä venttiilin päältä katsottuna ja sulkuasennossa, 79184 kuvio 3 esittää samaa säätöasennossa, kuvio 4 esittää samaa täysin avatussa asennossa, kuvio 5 esittää samaa sulkuelintä kuvion 2 nuolen V suunnasta katsottuna, 5 kuvio 6 esittää samaa kuvion 2 nuolen VI suunnasta kat sottuna ja kuvio 7 esittää samaa kuvion 2 nuolen VII suunnasta katsottuna .

(Leikkauskuvioissa 2-4 esitetty sulkuelin ei aivan tar-10 kalleen vastaa sivukuvioissa 5-7 esitettyä sulkuelintä kanavien sijoittelun osalta.)

Piirustuksissa on esitetty palloventtiilin pallomainen sulkuelin 1, joka on varustettu kääntökaralla 2. Sulkuelin on sovitettu kääntyvästä venttiilin pesään 9, johon yhtyy 15 läpivirtauskanavan seinämien osat eli tulopuolen kanava 3 ja jättöpuolen kanava 4. (Virtauksen suunta kuvioissa 2-4 on merkitty nuolella A.) Pesän ja sulkuelimen välillä on rengasmaiset tiivisteet 10 ja 11.

Kuviossa 1 on esitetty olakkeellinen pääkanava 5 ja kaksi 20 sen kautta kulkevaa sivukanavaa 7, 7". Pyörrevirtausta on kuvattu virtausviivalla a. Olake 6 aiheuttaa pääkanavaan virtausvastusta ja lisää sivukanavavirtausta.

Sulkuelimessä on toisistaan erilliset pääkanavat 5 muodostettu esim. poraamalla tai valamalla. Venttiilin ollessa 25 täysin avattuna (kuvio 4) nämä pääkanavat 5 ovat pesän vir-tauskanavan suuntaisina, ja suljetussa asennossa (kuvio 2) ne ovat poikittain. Avatussa asennossa kanavat 5 kattavat pääosan pesän virtauskanavan pinta-alasta.

Ne kanavat 5‘, jotka suljetussa asennossa ovat lähempänä 30 tulopuolta, voivat olla porrasmaisia reikiä, jotka on tehty esimerkiksi useampaa erikokoista poranterää käyttäen siten, että avatussa asennossa tulopuolella oleva kanavan osa on halkaisijaltaan suurempi kuin jättöpuolella oleva kanavan osa, jolloin kahden halkaisijan välillä on olake 6. Suurim-35 man halkaisijan omaavan osan pituus voi olla suurempi niissä kanavissa 5", jotka sulkuasennossa ovat lähempänä jättöpäätä 4, jolloin jättöpäätä lähimpänä olevissa kanavissa 5·" on koko pituudelta käytetty sopivimmin suurempaa halkaisijaa.

5 79184 Pääkanavien 5 lisäksi sulkuelimessä on sivukanavia 7, jotka kulkevat poikittain pääkanavien suhteen yhdistäen rinnakkaisia pääkanavia toisiinsa. Kunkin sivukanavan 7 poikkipinta-ala on pienempi kuin pääkanavan suurinta halkaisijaa 5 vastaava poikkipinta-ala ja kaikki tai osa sivukanavien keskilinjoista on eri tasossa riittävän etäällä niihin liittyvien pääkanavien 5 keskilinjoista. Sivukanavien vaippapinta voi sivuta tangentiaalisesti niihin liittyvien pääkanavien vaippapintaa. Sivukanavat voidaan muodostaa esimerkiksi va-10 lamalla tai poraamalla ne sulkuasennon jättöpinnan suunnasta kohti pääkanavia. Sivukanavan projektio voi olla sellaisessa kulmassa pääkanavaan nähden tasossa, joka kulkee pääkanavan keskiakselin kautta ja on yhdensuuntainen sivukanavan akselin kanssa, että tullessaan sivukanavasta pääkanavaan vir-15 tauksen projektio em. tasossa muuttaa suuntaansa 150° tai vähemmän. Sivukanavat eivät yllä jättöpuolelta tulopuolelle asti sulkuelimen sulkuasennossa, jolloin sulkuelin sulkee putkistovirtauksen.

Pääkanavat 5 ja sivukanavat 7 muodostavat näin sulkueli-20 men sisällä useita päällekkäisiä ristikkomaisia kolmiulotteisia verkkoja. Päällekkäiset verkot voivat olla toisistaan kokonaan erillisiä tai ne voivat olla keskenään yhteydessä osittain limittäin menevien kanavien kautta. Pääkanavia on joka tapauksessa useita sekä rinnakkain että päällekkäin sa-25 moin kuin sivukanaviakin.

Keksintö ei rajoitu vain edellä esitettyyn sovellutukseen, vaan se voi vaihdella eri tavoin patenttivaatimusten puitteissa.

Sulkuasennossa jättöpuolella olevat sivukanavien 7 päät 30 voivat olla myös umpinaisia. Tämä voidaan saada aikaan esim. käyttämällä erillistä sulkuelimeen sovitettavaa patruunaa, johon on tehty poraukset, tai sulkemalla kanavien päät jollain muulla tavalla.

Umpinainen sulkupinta 8 voi sijaita myös vain jättöpuo-35 lella siten, että sivukanavat 7 avautuvat sulkuasennossa tulopuolelle 3.

Pääkanavien olakkeet 6 eivät ole välttämättömiä.

Pää- ja sivukanavat voivat oi.1 a tasoissa, jotka ovat k o'.: 6 79184 tisuoraan sulkuelimen kääntöakselia vastaan tai olla vinosti mainittuun tasoon nähden.

Pallomaisen sulkuelimen asemesta voidaan käyttää myös jotain muuta pyörähdyspintaa, esim. lieriötä, kartiota tai 5 näiden osaa.

Keksinnön periaatetta voidaan soveltaa myös läppäventtii-liin siten, että läpän sivupintaan yhdistetään vastaavanlainen ristikkäisten porausten muodostama ristikkomainen kana-visto.

10 Sivukanavia voidaan sovittaa pääkanavan yhden halkaisijan kohdalle myös kaksi tai useampia päällekkäin.

Kanavien ympyrän muotoisten poikkileikkausten asemesta voidaan käyttää myös muita poikkileikkauksia, esim. ellipsin muotoisia tai sivukanavat voivat olla myös suorakaiteen 15 muotoisia. Ympyrän muotoisilla poikkipinnoilla kuitenkin vaimennus pyörteiden avulla tapahtuu tehokkaimmin. Osa kanavista voi olla pyörteettömiä, jolloin niiden poikkipinta voidaan valita mielivaltaisesti esim. tehostamaan toisessa niihin liittyvässä kanavassa pyörrevirtauksen syntymekanis-20 mia.

Yhtenäisessä sulkuelimessä voi olla pääkanavia, joiden välinen ulkopinta on liukuvassa kosketuksessa tiivisteen kanssa silloin, kun sulkuelin liikkuu.

Claims (14)

79184

1. Venttiilin sulkuelin (1), joka on sovitettavissa kierrettävästä läpivirtauskanavalla (3, 4) varustettuun vent tiilin pesään, jolloin sulkuelimen läpi kulkee useita rin- 5 nakkaisia pääkanavia (5), jotka yhdessä muodostavat sulkuelimen virtausaukon, tunnettu siitä, että ainakin osa sulkuelimen (1) pääkanavista (5") on yhdistetty yhteen tai useampaan rinnakkaiseen pääkanavaan (51, 5"') pääkanavan suhteen epäkeskisillä sivukanavilla (7) siten, että pää- ja 10 sivukanavien keskiakselit ovat välin päässä toisistaan olevissa eri tasoissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sulkuelin, tunnet-t u siitä, että sekä pääkanavien että sivukanavien poikkileikkaukset ovat symmetrisiä kanavien keskiakselien suhteen.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen sulkuelin, tunnet- t u siitä, että ainakin osalla sivukanavia (7) on ympyrän muotoinen poikkileikkaus.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen sulkuelin, tunnet-t u siitä, että ainakin osalla sivukanavia (7) on suorakai- 20 teen muotoinen poikkileikkaus.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen sulkuelin, tunnet-t u siitä, että ainakin osalla pääkanavia (5) on ympyrän muotoinen poikkileikkaus.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen sulkuelin, 25 tunnettu siitä, että sivukanavan (7) keskiakselin projektio pääkanavan (5) keskiakselin tasossa, joka on sivu-kanavan keskiakselin suuntainen, muodostaa sellaisen kulman pääkanavan (5) keskiakselin kanssa, että kuristusasennossa syntyvä poikittaisvirtauksen projektio em. tasossa tulles-30 saan sivukanavasta pääkanavaan muuttaa suuntaansa korkeintaan 150°.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen sulkuelin, tunnettu siitä, että ainakin osassa rinnakkaisia pääkanavia (5' , 5") kanavien poikkileikkaus pienenee vir- 35 taussuunnassa.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen sulkuelin, tunnettu siitä, että sivukanavat (7) kulkevat kaikkien niiden kohdalla olevien pääkanavien (5) läpi. 8 79184

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen sulkuelin, tunnettu siitä, että sivukanavien (7) toinen pää yhtyy sulkuelimen suljetussa asennossa pesän läpivirtauskana-van toiseen päähän (3, 4).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen sulkuelin, tunnet- t u siitä, että sivukanavien (7) toinen pää yhtyy sulkuelimen suljetussa asennossa pesän läpivirtauskanavan jättöpää-hän (4).

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen sulkuelin, 10 tunnettu siitä, että ainakin osa sivukanavista (7) leikkaa pääkanavia (5) siten, että sivukanavien sivuajat ovat samassa tasossa kuin pääkanavien sivuajat.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen sulkuelin, tunnettu siitä, että sulkuelin siihen muodostettuine 15 pää-ja sivuvirtauskanavistoineen (5, 7) on valmistettu yhdestä kappaleesta.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen sulkuelin, tunnettu siitä, että pää- ja sivukanavistot (5, 7) on tehty erilliseen patruunaan, joka on sovitettu sulkueli- 20 men läpi menevään aukkoon.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen sulkuelin, tunnettu siitä, että sulkuelimen ulkopinta siltä osin, joka sulkuelintä käännettäessä liukuu sulkutiivistettä vastaan, muodostaa jatkuvan sulkutiivisteen tukipinnan, jo- 25 hon pääkanavisto (5) tekee aukot väliaineen virtausta varten . 9 79184