FI95074C - Kuristusventtiili, jossa on virtausnopeutta mittaava toiminto, sekä menetelmä virtausnopeuden mittaamiseksi kuristusventtiilin avulla - Google Patents

Description

95074

Kuristusventtiili, jossa on virtausnopeutta mittaava toiminto sekä menetelmä virtausnopeuden mittaamiseksi kuristusventtiilin avulla

Fjärilventil med en funktion för mätning av en strömnings-hastighet samt förfarande för mätning av strömningshastigheten med hjälp av en fjärilventil Tämä keksintö koskee kuristusventtiiliä ja erityisemmin kuristus venttiiliä, jossa on toiminto kuristusventtiilin läpi vir-taavan nesteen virtausnopeuden mittaamiseksi. Tämä keksintö koskee myös menetelmää virtausnopeuden mittaamiseksi kuristusventtiilin avulla, kuten myös menetelmää virtausnopeuden säätämiseksi kuristusventtiilin avulla.

Kuristusventtiili (engl. butterfly valve) käsittää yleensä venttiilielimen, joka on kiertyvästi asennettu päärunkoon ja kiinnitetty venttiilin karaan, joka puolestaan on kiertyvästi kiinnitetty päärunkoon. Venttiilin karaa käytetään päärungon ulkopuolelta joko käsin tai pneumaattisen tai sähkötoimisen käyttölaitteen avulla venttiilielimen kiertämiseksi, mikä siten muuttaa venttiilin aukkoa.

Tällaisen kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen virtausnopeutta voidaan säätää mittaamalla virtausnopeus mittauslaitteen avulla ja muuttamalla venttiilin aukkoa mitatun virtausnopeuden pohjalta.

Tällainen virtausnopeuden mittaus suoritetaan esimerkiksi virtausmittarin avulla, joka on riippumaton kuristusventtiilistä ja asennettu sen läheisyyteen. Tässä tapauksessa tämän virtausmittarin avulla mitattua virtausnopeutta pidetään kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen virtausnopeutena.

Tyypillinen tätä tarkoitusta varten käytetty virtausmittari on paine-erotyyppinen virtausmittari, joka käsittää siihen put- 2 95074 keen muodostetun aukon, johon kuristusventtiili on asennettu, ja paineanturin, joka kykenee tunnistamaan paine-eron aukon yli, so. aukon ylävirtaan ja alavirtaan olevien puolten välillä. Virtausnopeus määritetään tunnistetun paine-eron P ja kapasiteettikertoimen (Cv-arvo) pohjalta, mikä on vakioarvo ja aukolle ominainen, ja määritetään ennalta esimerkiksi kokeen avulla.

Rakenteeltaan tiiviin järjestelmän aikaansaamiseksi käsittää muunnelma tällaisesta aukosta ja paineanturista koostuvasta paine-erotyyppisestä virtausmittarista yhdistelmäjärjestelmän, jossa itse kuristusventtiiliä käytetään tällaisena aukkona. Tällainen yhdistelmäjärjestelmä käsittää nimittäin paine-anturin, joka kykenee tunnistamaan nesteen paine-eron kuris-tusventtiilin yli sekä välineet kuristusventtiilin venttiili-aukon tunnistamiseksi. Tälle kuristusventtiilille ominainen kapasiteettikerroin (Cv-arvo) venttiilin aukenemisen funktiona määritetään ennalta esimerkiksi kokeen avulla. Virtausnopeus määritetään siis tunnistetun paine-eron P ja tunnistettua venttiilin aukenemista vastaavan kapasiteettikertoimen (Cv-arvon) pohjalta. Tämä yhdistelmäjärjestelmä on esitetty saman hakijan japanilaisessa, tutkimattomassa hakemusjuikai-s us s a nro 62-270873.

-Eräs toinen yhdistelmäjärjestelmä, joka vastaa edellämainittua kuristusventtiilistä ja paineanturista koostuvaa yhdistelmä-järjestelmää, on esitetty japanilaisessa Utility Model Un-oxamined -hyödyllisyysmallihakemusjulkaisussa nro 62-1117, joka on sovitettu mittaamaan myös tällaisena aukkona käytetyn luistiventtiilin läpi virtaavan nesteen virtausnopeutta. Tämä yhdistelmäjärjestelmä käsittää siis paineanturin, joka kykenee tunnistamaan paine-eron luistiventtiilin poikki, ja välineet .luisti venttiilin venttiilin nousun tunnistamiseksi. Kapasiteettikerroin (Cv-arvo) venttiilin nousun funktiona, joka on ominainen tälle luistiventtiilille, määritetään ennalta esimerkiksi kokeen avulla. Virtausnopeus määritetään siten 3 95074 tunnistetun paine-eron P ja tunnistettua venttiilin nousua vastaavan kapasiteettikertoimen (Cv-arvon) pohjalta.

On käytetty myös muuntyyppisiä virtausmittareita kuin edellä esitettyä paine-erotyyppistä mittaria. Tunnetaan esimerkiksi järjestelmä, jossa johdetun nesteen virtaukseen sijoitetun kuristusventtiilin venttiiliaukkoa säädetään sähkömagneettisen, itsenäisesti kuristusventtiilin läheisyyteen sijoitetun virtausmittarin avulla mitatun nesteen virtausnopeuden mukaan.

US-patentissa 4,428,242 kuvataan läppäventtiiliä, jossa neste-virtaukseen nähden kiinteään kulmaan asetettuun ventiili-elimeen kohdistuva väännön mittaus muunnetaan nestevirtauksen vi rtaus nopeudeks i.

Yleensä on pidetty toivottavana, että tarvittava vääntövoima venttiilielimen kiertämiseksi ja sen kiinnittämiseksi halutulla venttiiliaukolla sopivimmin on pieni, koska pienempi vääntövoima vaatii pienemmän ulkopuolisen käyttövääntövoiman ja siitä syystä pienemmän käyttölaitteen. Pienempää vääntö-voimaa pidetään myös ohjattavuuden kannalta toivottavana.

Tältä pohjalta on suoritettu perinpohjaista tutkimus- ja kehitystyötä sen dynaamisen vääntövoiman pienentämiseksi, joka kohdistuu venttiilielimeen venttiilin karan ympäri kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen vaikutuksesta. Esimerkiksi sama hakija on japanilaisissa, tutkimattomissa hakemusjuikai-suissa nro 55-142169 ja nro 56-28355 esittänyt kuristusvent-riilejä, jotka ovat varustetut istukkarenkailla ja jotka kykenevät pienentämään ulkopuolista käyttövääntövoimaa.

Tunnetut kuristusventtiilit, edellä esitetyt mukaanluettuina, toimivat vain rajoittimina, joissa venttiilielin rajoittaa nesteen virtausta.

4 95074

Jotta kuristusventtiili siis voisi säätää tai ohjata virtausnopeutta, on välttämätöntä asentaa venttiilielimen lisäksi sopiva laite virtausnopeuden mittaamiseksi nestevirtauksessa. Kuristusventtiilijärjestelmä, joka käsittää tällaisia laitteita virtausnopeuden mittaamiseksi, tekee tästä syystä virtauskanavan rakenteen monimutkaiseksi eikä täytä tiiviille rakenteelle asetettavia vaatimuksia.

Tässä yhteydessä on myös huomautettava, että virtausmittarin avulla mitatun virtausnopeuden ja kuristusventtiilin läpi tapahtuvan todellisen virtausnopeuden välillä usein esiintyy määrällisiä ja ajallisia poikkeamia, mikä johtuu siitä, että virtausnopeus mitataan epäsuorasti tai kuristusventtiilistä välimatkan päässä sijaitsevasta kohdasta. Tämä vaikeuttaa mittaamista ja siten virtausnopeuden tarkkaa säätämistä.

Tämän keksinnön mukaisesti järjestetään kuristusventtiili, joka käsittää päärungon, siihen sovitetun venttiilikaran sekä karaan sovitetun venttiilielimen, joka on asennettu kääntyvästä rungossa. Keksintö tunnetaan edelleen siitä, että siinä on venttiilin aukeamista tunnistavat välineet kuristusvent-tiilin aukeamisasteen tunnistamiseksi, väännön tunnistin» välineet nesteen aiheuttamaan venttiilielimeen kohdistuvan dynaamisen vääntövoiman tunnistamiseksi venttiilikaran ympä-; rillä, sekä välineet kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen virtauksen laskemiseksi mainitun venttiilin aukeamisen ja mainitun dynaamisen väännön ennalta määritettynä funktiona.

Keksintö antaa myös menetelmän venttiilikaraan asennettua, venttiilirungossa kääntyvästä sovitettua venttiilielintä käsittävän kuristusventitilin läpi virtaavan nesteen virtauksen mittamiseksi, joka käsittää seuraavat vaiheet: tunnistetaan kuristusventtiilin aukeamisaste, tunnistetaan se dynaaminen vääntö, jonka mainittu neste kohdistaa venttiilielimeen venttiilikaran ympärillä, määritetään virtaus venttiilin tunnistetun avautumisen ja dynaamisen väännön funktiona.

* 95074

Keksintö antaa edelleen menetelmän venttiilikaraan asennettua, venttiilirungossa kääntyvästi sovitettua venttiilielintä käsittävän kuristusventitilin läpi virtaavan nesteen virtauksen säätämiseksi, joka käsittää seuraavat vaiheet: tunnistetaan kuristusventtiilin aukeamisaste, tunnistetaan se dynaaminen vääntö, jonka mainittu neste kohdistaa venttiilielimeen vent-tiilikaran ympärillä, määritetään virtaus venttiilin tunnistetun avautumisen ja dynaamisen väännön funktiona, asetetaan haluttu virtaus, muutetaan venttiilin avautuminen siten, että määritetty virtaus lähenee haluttua virtausta.

Näin ollen tämä keksintö antaa kuristusvettiilin, joka sen lisäksi että se toimii rajoittimen myös toimii virtauksen mittauksessa. Erityisesti keksintö antaa kuristusventtiilin, jossa venttiilielin ja ventiilikara toimivat tunnistimina virtauksen mittausta varten

On todettu, että kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen virtaus voidaan olennaisesti määrittää venttiilin avautumisen, nesteen venttiilielimeen venttiilikaran ympärillä kohdistaman dynaamisen väännön ja kuristinventtiilille tyypillisen ominaisarvon perusteella, sillä edellytyksellä, että mittaus suoritetaan samalla nesteellä ja samoissa olosuhteissa.

Keksinnön mukaisessa kuristusventtiilissä on virtausnopeuden määrittäminen tunnistetun venttiilin aukenemisen ja tunnistetun dynaamisen vääntövoiman avulla mahdollista, koska venttiilin aukeneminen tunnistetaan venttiilin aukenemisen tun-nistamislaitteen avulla, nesteen aiheuttama dynaaminen vääntö-voima venttiilin karan ympäri tunnistetaan vääntövoiman tun-nistamislaitteen avulla, kunhan virtausnopeuden ja venttiilin eukenemisen välinen yhteys ja kullekin kuristusventtiilille ominainen dynaaminen vääntövoima on ennalta määritetty.

6 95074

Kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen virtausnopeus määräytyy yleensä kuristusventtiilin poikki, so. kuristusventtiilin ylävirta- ja alavirtapuolen välillä vallitsevan paine-eron ja kuristusventtiilille ominaisen tunnuspiirteen mukaan sillä ehdolla, että nestetyyppi ja virtausolosuhteet pysyvät muuttumattomina. Virtausnopeus Q voidaan siis ilmaista seuraavan kaavan (1) avulla muuttujien Θ: n (venttiilin aukeneminen) ja ΔP: n (paine-ero) funktiona F.

Q = F (θ, ΔΡ) ---- (1)

Funktio F määritetään sellaisten tekijöiden kuten venttiili-elimen halkaisijan, venttiilielimen muodon jne. mukaan. On luonnollisesti selvää, että funktion F arvo kasvaa silloin kun yksi tai kumpikin muuttujista venttiilin aukeneminen Θ ja paine-ero ΔΡ kasvaa. Sen jälkeen kun kullekin kuristusventtiilille ominainen funktio F on määritetty kokeen tai teoreettisen analyysin avulla voidaan virtausnopeus Q tästä syystä selvästi määrittää kunkin kuristusventtiilin osalta mittaamalla venttiilin aukeneminen Θ ja paine-ero ΔΡ ja sijoittamalla nämä mitatut arvot ennalta määritettyyn funktioon F.

Tässä yhteydessä viitataan siihen, että venttiilielimeen venttiilin karan ympäri nesteen vaikutuksesta kohdistuva dynaaminen • vääntövoima vaihtelee virtausnopeudessa tapahtuvien muutosten mukaan. Tästä syystä tullaan seuraavassa käsittelemään seuraavan kaavan (2) funktiota G, jossa venttiilin aukeneminen Θ ja dynaaminen vääntövoima T ovat muuttujia, ja joka on tarkoitettu vaihtoehdoksi edellä mainitulle funktiolle F tai sen korvaamiseksi.

Q = G (θ, T) ---- (2) Tämän funktion arvioimiseksi keksijä suoritti kokeen, joka käsitti seuraavat vaiheet i)...vii): 7 95074 i) Halutun paine-eron ΔΡ kohdistaminen kuristusventtiiliin.

ii) Aukenemisen Θ, vääntövoiman T ja kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen virtausnopeuden Qf mittaaminen.

iii) Vääntövoimassa T ja virtausnopeudessa Q tapahtuneiden, paine- eron ΔΡ muutoksista aiheutuneiden muutosten mittaaminen ja tallentaminen aukon Θ ollessa kiinteä.

iv) Sama mittaamisen ja tallentamisen suorittaminen kuin edellä muuttamalla aukenemista Θ sopivan kulman βθ verran.

v) Vaiheiden iii) ja iv) mittaamis- ja tallentamistoimen-piteiden toistuva suorittaminen samalla kun aukenemista Θ vaihdellaan 0' : sta 90*: seen ΔΘ välein.

vi) Vaiheiden i)...v) suorittaminen tarpeen mukaan erityyppisillä nesteillä.

vii) Vaiheiden i)...vi) suorittaminen useilla kuristusvent-tiileillä.

Vaiheet i)...vii) käsittävän kokeen tuloksista voidaan todeta, että funktio G on käytännössä olemassa. Tämän mukaisesti funktio G voidaan kullekin kuristusventtiilille ominaisena tunnuspiirteenä määrittää kokeellisen kaavan muodossa korvaamalla puuttuva tieto sopivan interpolaatiomenetelmän avulla tai käyttämällä sopivaa likimääräislauseketta.

Käyttämällä tätä ominaisfunktiota G on tämän seurauksena mahdollista selvästi määrittää kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen virtausnopeus Q mittaamalla venttiilin aukeneminen Θ ja dynaaminen vääntövoima T ilman, että tarvitsee mitata paine-eroa ΔΡ.

Seuraavassa esitetään teoreettinen selvitys funktion G olemassaolon ja funktion G käytännön määrittämisen suhteen.

Yleisesti on kuristusventtiilin osalta tunnettua, että venttiilin aukenemisen Θ ja Cv-arvon (kuristusventtiilin kapasi-teettikerroin) välillä on olemassa funktionaalinen yhteys, » β 95074 joka on muuttujien Q (virtausnopeus) ja ΔΡ (paine-ero) funktio.

Myös venttiilin aukenemisen Θ ja Cu-arvon (käytännöllinen vääntövoimakerroin) välillä on olemassa funktionaalinen yhteys, joka on muuttujien T (dynaaminen vääntövoima) ja Δρ (paine-ero) funktio.

Cv-arvo ja Cu-arvo ilmaistaan siis muuttujien Q ja Δρ funktiona f tai vastaavasti muuttujien T ja ΔΡ funktiona G kuten seuraavissa kaavoissa (3) ja (4) on esitetty.

Cv = f (Q, ΔΡ) ---- (3)

Cu = g (T, ΔΡ)---- (4)

Olettaen, että seuraavissa kaavoissa (5) ja (6), joissa Cv-arvo ja Cu-arvo on esitetty muuttujan Θ funktiona ff ja vastaavasti muuttujan Θ funktiona gg, esitetyt ehdot ovat täytetyt,

Cv = f f (Θ) ---- (5)

Cu = gg(9) ---- (6) johdetaan seuraava kaava (7), jossa virtausnopeus Q on ilmaistu muuttujien Cv ja ΔΡ funktiona f', kaavojen (3) ja (5) • pohj alta, Q = f' (Cv, ΔΡ) = f' (ff (θ), P) ---- (7) ja seuraava kaava (8), jossa paine Δρ on ilmaistu muuttujien Cu j a T funktiona, johdetaan kaavojen (4) ja (6) pohjalta.

P = g' (Cu, T) = g' (gg(6), T) ---- (8) Tämän jälkeen seuraava kaava (9), jossa virtausnopeus Q ilmaistaan muuttujien T ja Θ funktiona K, johdetaan kaavojen (7) • · 9 95074 ja (8) pohjalta.

Q = h(ff(Θ), g' (gg(6), T)) = K(T, Θ) ---- (9) Tällöin voidaan todeta, että täten saatu kaava (9) vastaa kaavaa (2): eli funktiot K ja G ovat identtiset. Tämän keksinnön hakijan suorittama koe vahvistaa siis kaavojen (5) ja (6) yhteydessä tehdyt olettamukset käytännössä oikeiksi ja funktioiden ff(©) ja gg(6) määritelmät oikeiksi kaavoissa (5) ja (6).

Tämän keksinnön mukainen kuristusventtiili on sopivimmin varustettu käyttölaitteella venttiilielimen kiertämiseksi. Tällaisen käyttölaitteen avulla on mahdollista kiertää ja kiinnittää venttiilielin vääntövoiman avulla, joka on paljon suurempi kuin käsin aikaansaatu.

Tämän keksinnön mukaisessa kuristusventtiilissä on myös sopivimmin virtausnopeuden laskuvälineet nesteen virtausnopeuden laskemiseksi venttiilin aukenemisen ja dynaamisen vääntövoiman ennaltamääritettynä funktiona. Tällainen virtausnopeuden laskulaite voi automaattisesti tulostaa lasketun virtausnopeuden.

Tämän keksinnön mukainen kuristusventtiili on vielä sopivimmin varustettu sekä käyttölaitteella että virtausnopeuden lasku-laitteella. Tällaisessa tapauksessa pidetään sopivana, että kuristusventtiili myös on varustettu säätölaitteella, jonka avulla haluttu virtausnopeus voidaan säätää ulkoapäin ja joka antaa käskyn käyttölaitteelle venttiilielimen kiertämiseksi niin, että laskettu virtausnopeus lähestyy haluttua virtausnopeutta. Tällaisessa tapauksessa voidaan virtausnopeutta säätää ilman viivettä mitattujen tietojen takaisinkytkennän avulla. Säätölaite on sopivimmin sovitettu siten, että se voidaan säätää halutulle virtausnopeudelle välimatkan päässä olevasta paikasta kaukokäyttölaitteen avulla sopivan tieto- ίο 95074 liikennevälineen kautta.

Tämän keksinnön mukaisessa kuristusventtiilissä käytetty käyttölaite on sopivimmin sähkötoiminen, pneumaattinen, kalvo-tyyppi nen tai solenoidityyppinen käyttölaite.

Tämän keksinnön mukaisessa kuristusventtiilissä käytetty vääntövoiman tunnistamislaite käsittää sopivimmin jännitys-tunnistimen, joka on asennettu venttiilin karaan, ja tällainen jännitystunnistin käsittää vielä sopivimmin venttiilin karaan kiinnitetyn j ännitys anturi n.

Pidetään myös sopivana, että venttiilin aukenemisen tunnista-mislaite, jota käytetään keksinnön mukaisessa kuristusventtiilissä, käsittää kulma-anturin, joka on yhdistetty venttiilin karaan. Tällaisessa tapauksessa kulma-anturi sopivimmin käsittää potentiometrin tai kiertokooderin.

Tämän keksinnön kuristusventtiili voidaan suunnitella joko nk. keskustyyppiseksi venttiiliksi, jossa venttiilielin on kiinnitetty venttiilin karaan venttiilielimen keskiakselin kohdalle tai nk. epäkeskiseksi venttiiliksi, jossa venttiilielin on kiinnitetty venttiilin karaan venttiilielimen epäkeskisesti sijoitetun kohdalle.

Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettyjen venttiilin aukenemisen ja dynaamisen vääntövoiman toiminta arvioidaan sopivimmin kokeen avulla. Tällaisessa tapauksessa toiminta voidaan arvioida minkätyyppisen kuristusventtiilin osalta tahansa.

Toiminnan arviointi kokeen avulla voidaan perustaa siihen olettamukseen, että dynaamisen vääntövoiman ja virtausnopeuden välillä vallitsee lineaarisesti verrannollinen suhde venttiilin aukenemisen ollessa kiinteä. Tällaisessa tapauksessa koetta ja arviointia voidaan yksinkertaistaa.

» 95074

Keksinnön mukainen menetelmä virtausnopeuden määrittämiseksi voi käsittää kaavion tai taulukon, joka esittää virtausnopeus -arvoja suhteessa venttiilin aukenemiseen ja dynaamiseen vääntövoimaan. Tällainen kaavio tai taulukko saadaan sopi-vimmin aikaan kokeen avulla.

Virtausnopeuden määritys keksinnön mukaisen mittausmenetelmän yhteydessä voidaan suorittaa nopeasti ja helposti sopivaa tietokonetta käyttäen.

Kuristusventtiiliä säädetään myös sopivimman siten, että keksinnön mukaisen mittausmenetelmän avulla määritetty virtausnopeus lähestyy haluttua virtausnopeutta, joka voidaan asettaa ulkopäin. Tällaisessa tapauksessa voidaan virtausnopeuden nopea säätö toteuttaa mitattujen tietojen takaisinkytkennän avulla.

Seuraavassa esitetään keksinnön eräs suoritusmuoto oheisiin kuvioihin viitaten, missä:

Kuvio 1 esittää perspektiivisesti osaleikkausta keksinnön mukaisen kuristusventtiilin erään suoritusmuodon osasta;

Kuvio 2 esittää kaaviokuvaa keksinnön eräästä suoritusmuodosta;

Kuviot 3...6 esittävät graafisesti tämän keksinnön yhteydessä käytettyjä funktioita;

Kuvio 7 esittää kaaviokuvaa järjestelmästä, jota käytettiin tämän keksinnön eräällä suoritusmuodolla suoritetun kokeen yhteydessä; . Kuviot 8 ja 9 esittävät graafisesti kokeen tuloksia; ja

Kuviot 10 ja 11 esittävät graafisesti kokeen tuloksista johdettuja funktioita.

Viitaten kuvioon 1, joka esittää tämän keksinnön mukaisen kuristusventtiilin erästä suoritusmuotoa, käsittää kuristus- „ 95074 venttiili päärungon 1 ja venttiilielimen 2, jonka ulkohalkai-sija on hieman pienempi kuin päärungon 1 sisähalkaisija. Venttiilielin 2 on kiertyvästi tuettu päärungossa 1 venttiilin karan 3 avulla. Esitetyssä suoritusmuodossa on venttilielimen 2 ja venttiilin karan 3 keskinäinen järjestely nk. keskus -tyyppiä, jossa venttiilielin 2 on kiinnitetty venttiilin karaan 3 venttiilielimen 2 keskiakselin kohdalle. Tämä on kuitenkin vain havainnollistavaa, ja järjestelmä voi olla nk. epäkeskistä tyyppiä, jossa venttiilielin 2 on kiinnitetty venttiilin karaan 3 venttiilielimen 2 epäkeskoakselin kohdalle. Venttiilin kara 3 ulottuu päärunkoon 1 muodostetun karaporauksen läpi. Venttiilin karan 3 ja karaporauksen seinämän väliin on sijoitettu tiivistyshoikin tiiviste 7 ja tiivis-tysrengas 8 tiivisteen muodostamiseksi niiden välille samalla kun venttiilin kara 3 voi kiertyä päärungon 1 suhteen. Venttiilin karan 3 tasainen kiertyminen on varmistettu karalaake-rin 6 avulla.

Tämän kuristusventtiilin päärunko 1 on sinänsä tunnetulla tavalla kiinnitetty putkeen 100, kuten kuviossa 2 on esitetty. Putki 100 on yleensä valmistettu muovista tai metallista ja putken 100 halkaisija vaihtelee yleisesti usean millimetrin ja usean metrin välillä. Putken 100 halkaisija vaihtelee sopivim-min enemmän kuin kymmenen millimetrin ja usean metrin välillä, erityisemmin usean kymmenen millimetrin ja usean metrin välillä. Tuotannossa on yleensä useita kuristusventtiili-luokkia, joiden päärungon 1 koot vaihtelevat, ja käytettävän päärungon 1 koko vastaa putken halkaisijaa. Yleisesti voidaan todeta, että mitä suurempi on putken 100, päärungon 1 ja siten venttiilielimen 2 sisähalkaisija, sitä suurempi dynaaminen vääntövoima kohdistuu signaalina venttiilielimeen 2 venttiilin karan 3 ympäri nesteen vaikutuksesta. Tästä syystä virtausnopeuden mittauksen tarkkuutta voidaan parantaa helpommin, kun putken 100 ja päärungon 1 sisähalkaisijat ovat suurempia. Päinvastoin tulee dynaaminen vääntövoima signaalina pienemmäksi päärungon 1, so. venttiilielimen 2 koon myötä, jolloin tl • · 13 95074 mittaustarkkuuden parantamiseksi tästä syystä on suositeltavaa alentaa melutasoa, kuten sähkömelun tasoa. Suurempi vastaa-vuusaste putken 100 sisähalkaisijan ja päärungon 1 sisähalkai-sijan välillä pienentää nestevirtauksen pyörteisyyttä, jota syntyy putken 100 ja päärungon 1 liitoskohdassa. Tällaisessa tapauksessa päärunkoon 1 tulevan nestevirtauksen olotila vastaa lähemmin laminaarivirtauksen olotilaa. Tämä tunnuspiirre on edullinen erityisesti suuria virtausnopeuksia mitattaessa.

Koska venttiilielimen 2 ulkohalkaisija on hieman pienempi kuin päärungon 1 sisähalkaisija, esitetyn suoritusmuodon virtaus-kanava ei ole täysin suljettu, vaikka venttiilin aukeneminen on 0' . Keksinnön mukainen kuristusventtiili voi kuitenkin olla varustettu istukkarenkaalla tai "O"-renkaalla, joka on valmistettu kumista, teflonista (kauppanimi) tai metallista jne., joka on sijoitettu päärungon 1 sisäkehäpinnalle niin, että venttiilielimen 2 kehäreuna tulee kosketukseen sen kanssa nestevirtauksen täydelliseksi katkaisemiseksi venttiilin aukenemisen ollessa 0’. Järjestys voi myös olla sellainen, että toinen kuristusventtiili tai toisentyyppinen venttiili, joka voi täysin sulkea virtauskanavan, on sijoitettu putkeen 100 sarjaan keksinnön mukaisen kuristusventtiilin kanssa.

Kuviossa 2 esitetty käyttölaite 11 on toiminnallisesti yhdistetty venttiilin karan 3 yhteen päähän 9 sinänsä tunnetulla tavalla. Käyttölaite 11 kykenee kiertämään venttiilin karaa 3 venttiilielimen 2 kääntämiseksi venttiilin karan 3 akselin ympäri. Käyttölaite 11 kykenee myös kiinnittämään venttiilin karan 3, ja siten myös venttiilielimen 2 ennalta määrättyyn kulmaan, jolloin se määrittää kuris tusventtiilin aukon. Käyttölaitteena 11 voidaan käyttää erityyppisiä käyttölaitteita, kuten sähkötoimista, pneumaattista, kalvotyyppistä tai solenoidityyppistä käyttölaitetta. Käyttölaitteen 11 käyttö ei ole oleellinen seikka. Keksinnön mukainen kuristusventtiili 95074 14 voidaan nimittäin suunnitella rakenteeltaan sellaiseksi, että venttiilin karaa 3 voidaan kiertää käsin.

Venttiilin kara 3 on varustettu jännityksen tunnistimella 12, joka kykenee tunnistamaan venttiilin karan 3 hyvin pienen kiertymän. Jännityksen tunnistimena 12 käytetään sopivimmin tunnettua jännitysanturia. Jännityksen tunnistimen 12 tunnistama kiertymän määrä syötetään vääntövoiman muuntimeen 13, joka muuntaa kiertymän tunnistetun määrän siksi dynaamiseksi vääntövoimaksi, joka vaikuttaa venttiilielimeen 2 ja pyrkii kiertämään venttiilielintä 2 karan 3 akselin ympäri, ja tulostaa siten määritetyn dynaamisen vääntövoiman arvon.

Jännityksen tunnistin 12 ja vääntövoiman muunnin 13 muodostavat yhdessä vääntövoiman tunnistamisvälineet 14. Useita muita vääntövoiman tunnistimia voidaan käyttää laitteena venttiili-elimeen 2 venttiilin karan 3 ympäri nesteen vaikutuksesta kohdistuvan dynaamisen vääntövoiman tunnistamiseksi. Tästä syystä on mahdollista käyttää optimaalista dynaamisen vääntö-voiman tunnistinta, jossa sekä mittaustarkkuus että kustannukset on otettu huomioon.

Jotta voitaisiin estää se, että venttiilin karassa 3 kehittynyt taivutusjännitys tulisi sisällytetyksi jännityksen tunnistimesta 12 saatuun signaaliin, joka on tarkoitettu vent- • · tiilin karan 3 kiertymän tunnistamiseksi, on jännityksen tunnistimen 12 kummallakin puolella kaksi karalaakeria 6, joiden tehtävänä on estää taivutusjännitystä siirtymästä jännityksen tunnistimeen 12. Jännityksen tunnistimen 12 asento venttiilin karalla 3 määritetään sopivimmin siten, että venttiilielimeen 2 kohdistuva dynaaminen vääntövoima siirtyy suoremmin jännityksen tunnistimeen 12. Tämän mukaan jännityksen tunnistin 12 on sijoitettu venttiilin karan 3 siihen osaan, joka sijaitsee suhteellisen lähellä venttiilielintä 2 karalaakereiden 6 ja tiivistysholkin tiivisteen 7 toisella puolella. Tällainen • · · „ 95074 järjestely parantaa venttiilielimeen 2 kohdistuvan dynaamisen vääntövoiman tunnistamistarkkuutta.

Venttiilin karan 3 kiertyminen siirtyy kulma-anturina toimivaan potentiometriin 15 hammaspyörän 10, joka on muodostettu venttiilin karan 3 ulkokehäpintaan, ja hammaspyörän 10 kanssa hammasyhteydessä olevan hammaspyörän 4 kautta. Potentiometri 15 kykenee siten kehittämään venttiilin karan 3 kiertymää vastaavan signaalin venttiilin aukenemismuuntimeen 16, joka muuntaa tämän signaalin kuristusventtiilin venttiilin aukenemisasteeksi.

Tässä suoritusmuodossa hammaspyörän 4 ja hammaspyörän 10 välinen välityssuhde on valittu siten, että venttiilin karan 3 kiertokulma kaksinkertaistuu, mikä siten mahdollistaa suuremman venttiilin aukenemisen tunnistamistarkkuuden.

Hammaspyörä 10, hammaspyörä 4, potentiometri 15 ja venttiilin aukenemismuunnin 16 saavat siis yhdistelmänä aikaan venttiilin aukenemisen tunnistamislaitteen 17. Potentiometri 15 voi olla sisällytetty käyttölaitteeseen 11. Järjestelmä voi myös olla sellainen, että venttiilin karan 3 kiertoliike siirretään erilliseen potentiometriin 15 muiden, käyttölaitteeseen 11 sisällytettyjen hammaspyörien kautta.

Potentiometrin 15 käyttäminen ei ole ainoa mahdollisuus. Esimerkiksi venttiilin aukenemisen tunnistamislaite 17 voi olla varustettu kiertokooderilla, joka on yhdistetty hammaspyörään 4 tai 10 ja joka kykenee joko suoraan tai epäsuorasti mittaamaan venttiilin karan 3 kiertokulman hammaspyörän 4 tai 10 hampaiden lukumäärän perusteella. Venttiilin aukenemisen tun-nistamislaite 17 voidaan asentaa venttiilin karan 3 osaan, joka sijaitsee venttiilielimen 2 vastakkaisella puolella vääntövoiman tunnistamisia!tteen 14 suhteen. Venttiilin aukenemisen tunnistamislaitteen 17 esitetty rakenne on vain viitteellinen, ja useita muita tunnettuja järjestelmiä voidaan 95074 16 käyttää venttiilin aukenemisen tunnistamisia!tteena 17. Tämän keksinnön kuristusventtiilin rakenne on esitetty lohkokaaviona kuviossa 2.

Tämän keksinnön mukaan on mahdollista määrittää kuristusvent-tiilin läpi virtaavan nesteen virtausnopeus vääntövoiman tun-nistamislaitteen 14 avulla saadun dynaamisen vääntömomentin Tm annon ja venttiilin aukenemisen tunnistamisia!tteen 17 avulla saadun venttiilin aukenemisen ©m annon avulla.

Yksinkertaisin tapa tämän määrittämiseksi on sijoittaa vääntö-voima Tm ja aukeneminen Θ kaavaan (2), joka ilmaisee virtausnopeuden Q, dynaamisen vääntövoiman T ja venttiilin aukenemisen Θ funktiona G, joka on ominainen kullekin kuristusvent-tiilille ja joka voidaan määrittää ennalta.

Q = G (θ, T) ---- (2) Tämä toimenpide voidaan vaikeuksitta suorittaa esimerkiksi pöytälaskimen avulla siten, että virtausnopeus Qm voidaan tarkasti määrittää vääntövoiman Tm ja aukenemisen ©m mitattujen arvojen mukaan. Vaihtoehtoisesti tehdään ennalta kaavio, jossa virtausnopeuden Q arvot on esitetty vääntövoiman T ja aukenemisen Θ suhteen siten, että virtausnopeus Qm sijoittuu ·· tässä kaaviossa vääntövoiman Tm ja aukenemisen ©m mitattujen arvojen mukaisesti. Täten on mahdollista saavuttaa keksinnön ensimmäinen tarkoitus vääntövoiman tunnistamislaitteen 14 ja venttiilin aukenemisen tunnistamislaitteen 17 yhdistelmän avulla.

,· Tässä suoritusmuodossa vääntövoiman tunnistamis laitteesta 14 johdettu vääntövoima Tm ja venttiilin aukenemisen tunnistamis-laitteesta 17 johdettu aukeneminen ©m syötetään virtausnopeuden laskulaitteeseen 18. Virtausnopeuden laskulaite 18 käsittää muistilaitteen 19, joka kykenee tallentamaan kaavan (2) edellämainitun funktion G, joka on ominainen kullekin kuris- I · l7 95074 tusventtiilille ja joka voidaan määrittää ennalta. Virtausnopeuden laskulaite 18 käsittää myös aritmeettisen lasku-laitteen 20, joka laskee kaavan (2) funktion G arvon käyttämällä vääntövoiman Tm ja aukenemisen ©m mitattuja arvoja. Virtausnopeuden laskulaite 18 laskee ja tulostaa siten virtausnopeuden Qm sen jälkeen kun se on vastaanottanut vääntövoiman Tm ja aukenemisen ©m mitatut arvot. Kaavaa (2) käyttämällä laskutoimituksen tulokseen on mahdollista lisätä korjaus, jonka tarkoituksena on kompensoida lämpötilan tai tekijöiden kuten viskositeetin ja nesteen ominaispainon muutoksista johtuvia poikkeamia. Tällainen korjaus voidaan suorittaa vaikeuksitta tallentamalla tarvittava korjaustieto muistilaitteeseen 19. Tekijät, kuten lämpötila t, viskositeetti ^ ja ominaispaino gr voidaan syöttää virtausnopeuden lasku-laitteeseen 18 ulkopuolisesta säädettävinä parametreinä. On myös mahdollista toimia siten, että nämä tekijät automaattisesti tulevat syötetyiksi virtausnopeuden laskulaitteeseen 18 lämpömittarista, viskometristä ja gravimetristä, jotka ovat sopivalla tavalla sijoitetut virtauskanavaan kuristusventtiilin läheisyyteen. Tekijöitä, kuten lämpötilaa t, viskositeettia 1 ja ominaispainoa gr voidaan käyttää funktion G' muuttujina korjausparametrien sijasta. Tällaisessa tapauksessa on välttämätöntä määrittää funktio G' , kuten se on esitetty seuraavan kaavan (10) avulla.

Q = G' (T, Θ, t, J , Gr) ---- (10)

Funktion G' määrittäminen kokeen kautta on mahdollista, vaikkakin tarvitaan suurempaa koevaiheiden lukumäärää verrattuna funktion G määrittämistapaukseen.

Tallentamalla tämä funktio G' virtausnopeuden laskulaitteeseen 18 on mahdollista saada aikaan kuristusventtiili, jolla on toiminto virtausnopeuden mittaamiseksi useissa eri olosuhteissa. Tämän suoritusmuodon kuristusventtiiliä voidaan siis käyttää useita erityyppisiä nesteitä, kuten vettä, alkoholia, 18 S5074 voiteluöljyä, polttoöljyä, raakaöljyä jne. varten. Kuristus -venttiiliä voidaan myös käyttää eri kaasuja, kuten ilmaa, savukaasua, polttokaasua, höyryä jne. varten sillä ehdolla, että vääntövoiman tunnistamisia!tteen tarkkuutta tehostetaan.

Esitetyssä suoritusmuodossa virtausnopeuden laskulaitteen 18 tulostama virtausnopeus Qm syötetään säätölaitteeseen 21, jossa ulkopuolisesti säädetään haluttu virtausnopeus Qd. Virtausnopeuden Qd ulkopuolinen säätö voidaan suorittaa tunnetun kaukokäyttölaitteen avulla sopivan tietoliikennevälineen kautta tai se voidaan suorittaa kuristusventtiilin sijainti-kohdassa. Säätölaite 21 laskee virtausnopeuden Qm ja virtausnopeuden Qd välisen eron ja antaa käskyn käyttölaitteeseen 11 siten, että käyttölaite 11 kiertää venttiilielintä 2 suuntaan, joka pienentää tätä eroa.

Seuraavassa selitetään tämän suoritusmuodon toimintaperiaate. Kuristusventtiili on sijoitettu putken 100 osaan, jonka läpi säädettävä neste virtaa. Neste kuten vesi, öljy tai vastaava, virtaa putken 100 läpi virtausnopeudella, joka määrittyy nesteen paine-eron kuristusventtiilin yli ja kuristusventtiilin venttiilin aukenemisasteen avulla.

Tässä suoritusmuodossa venttiilin aukenemista voidaan vaihdella 0' : een ja 90* : een välillä. Venttiilin aukeneminen 0’ : seen tarkoittaa sitä, että venttiilielin on kierretty minimiaukenemisasentoon siten, että neste voi virrata vain hyvin pienen venttiilielimen 2 ja päärungon 1 väliin jäävän raon läpi. Käänteisesti 90’: seen aukeneminen tarkoittaa tilannetta, jossa venttiili on täysin avattu siten, että nesteen paine-ero kuristusventtiilin yli on minimoitu. Tässä yhteydessä otaksutaan, että neste virtaa kuristusventtiilin läpi, joka on säädetty halutulle venttiilin aukenemiselle. Venttiilin aukenemisen tunnistamislaite 17 tunnistaa venttiilin aukenemisen ja luovuttaa tämän aukenemiskulmana Qm. Tällä välin vääntövoiman tunnistamisia!te 14 tunnistaa nesteen tuot-

« I

l9 95074 tämän dynaamisen vääntövoiman, joka vaikuttaa venttiilielimeen 2 ja pyrkii kiertämään venttiilielintä 2 venttiilin karan 3 akselin ympäri, ja luovuttaa täten tunnistetun vääntövoiman vääntövoimana Tm. Aukenemisen 0m ja vääntövoiman Tm vastaanottamisen jälkeen virtausnopeuden laskulaite 18 laskee kaavan (2) funktion G tai kaavan (10) funktion G' sen virtausnopeuden Qm määrittämiseksi, joka vastaa aukenemista 0m ja vääntövoimaa Tm ja syöttää tämän virtausnopeuden Qm säätölaitteeseen 21. Virtausnopeuden Qm vastaanottamisen jälkeen säätölaite 21 määrittää virtausnopeuden Qm ja halutun, ulkoapäin säädetyn virtausnopeuden Qd välisen mahdollisen eron. Jos tällainen ero on olemassa, säätölaite 21 antaa käskyn käyttölaitteeseen 11, jotta käyttölaite 11 kiertäisi venttiilin karaa 3 suuntaan, joka pienentää tätä eroa. Säätölaitteen 21 käyttölaitteelle 11 antamia käskyjä on seuraavaa kolmea tyyppiä: a) Käsky venttiilin aukenemisen suurentamiseksi annetaan, kun

Qd < Qm.

b) Käsky venttiilin aukenemisen pienentämiseksi annetaan, kun Qd > Qm.

c) Mitään käskyä ei anneta, kun Qd = Qm.

Esitetyssä suoritusmuodossa käytetään siis suljettua takaisin-kytkentäsilmukkaa, jonka avulla käyttölaite 11 voi toimia . siten, että mitattu virtausnopeus Qm äärettömästi lähestyy haluttua virtausnopeutta Qd.

Säätölaitteen 21 käyttölaitteelle 11 antama käsky lakkaa, kun virtausnopeuden mitattu arvo Qm on tullut yhtä suureksi kuin virtausnopeus Qd käyttölaitteen 11 toiminnan ansiosta siten, että käyttölaite 11 lakkaa toimimasta venttiilielimen 2 kiinnittämiseksi, jolloin välitön virtausnopeus Qm voidaan pitää. Mikä tahansa paineenmuutos kuristusventtiilin ylävirta- ja/tai alavirtapuolella muuttaa virtausnopeutta Qm jopa sen jälkeen kun yhtäläisyys mitatun virtausnopeuden Qm ja virtausnopeuden Qd välillä on saavutettu. Edellämainittu suljettu takaisin- ,ft 95074 20 kytkentäsilmukka mahdollistaa kuitenkin venttiilin aukenemisen muuttamisen ilman viivytystä virtausnopeuden Qd kanssa yhtäläisen virtausnopeuden Qm palauttamiseksi.

Edellä olevan selityksen perusteella on ilmeistä, että esitetyssä suoritusmuodossa itse venttiilielin 2 toimii sekä anturina virtausnopeustiedon tuottamiseksi että rajoitus-elimenä, joka rajoittaa nesteen virtausta täten saadun virtausnopeustiedon mukaan. Virtausnopeuden mittaaminen voidaan siis suorittaa suoremmin ja suuremmalla tarkkuudella ilman virhemahdollisuuksia, joita muutoin saattaisi aiheutua anturin ja kuristusventtiilin välisen etäisyyden ja aikaviiveen vuoksi.

Seuraavassa selitetään tässä suoritusmuodossa käytetyn funktion G säätäminen. Kaavassa (1) esiintyvä funktio F on hyvin tunnettu ja seuraavaa kaavaa (11) käytetään funktion F käytännöllisenä muotona, Q = F(©, P) = aCv/ΔΡ____ (11) jossa:

Cv = ff(e) ---- (5).

Kaavassa (11) a edustaa korjauskerrointa, jota käytetään mittaustuloksen sellaisen muutoksen kompensoimiseksi, mikä johtuu sellaisissa tekijöissä, kuten ominaispainossa, viskositeetissa ja nesteen lämpötilassa tapahtuneista muutoksista. Virtausnopeus Q on siis suhteessa paine-eron ΔΡ juureen jos aukeneminen Θ on kiinteä ja suhteellisuuskerroin on a x Cv, kuten kaavasta (11) voidaan todeta.

Esimerkkejä kaavojen (11) ja (5) ilmaisemista yhteyksistä on esitetty kuviossa 3 ja vastaavasti 4. Esitetyssä suoritusmuodossa oletetaan yhteyden olevan kaavan (11) mukainen. Tämä 2i 95074 suoritusmuoto olettaa lisäksi seuraavan kaavan (12) pätevän mitä tulee vääntövoiman T, aukenemisen Θ ja paine-eron ΔΡ keskinäiseen yhteyteen, T = H (θ, P) = 0Cu/ ΛΡ . . . . (12) j ossa:

Cu = gg (Θ) ---- (6)

Kaavassa (11) 0 edustaa korjauskerrointa, jota käytetään mit taustuloksen sellaisen muutoksen kompensoimiseksi, mikä aiheutuu sellaisissa tekijöissä, kuten ominaispainossa, viskositeetissa ja nesteen lämpötilassa tapahtuneista muutoksista. Vääntövoima T on suhteessa paine-eron ΔΡ juureen, aukenemisen Θ ollessa kiinteä ja suhteellisuuskertoimen ollessa 0 x Cu, kuten kaavasta (12) voidaan todeta.

Esimerkkejä kaavojen (12) ja (6) ilmaisemista yhteyksistä on esitetty kuviossa 5 ja vastaavasti 6.

Seuraava kaava (13) on saatu eliminoimalla paine-ero ΔΡ kaavoista (11) ja (12).

• i Q = G (θ, T) = (f)(§J) T---- (13) jossa: Cv = ff (Θ) ja Cu = gg (Θ).

Kaava (13) tarkoittaa, että jos aukeneminen Θ on kiinteä niin virtausnopeus Q on verrannollinen vääntövoimaan T ja suh-teel1i s uus kerroi n on (a/0 x (Cv/Cu). Tästä syystä on mahdollista määrittää funktio G(0, T) määrittämällä kokeen kautta funktioiden ff(0) ja gg(0) arvot aukenemista Θ vaihtelemalla.

95074 22

Seuraavassa selitetään esimerkki kokeesta, jota sopivimmin käytetään funktioiden ff(9) ja gg(0) arvojen määrittämiseksi.

A. Kokeessa käytetty järjestelmä ia instrumentit

Seuraavassa TAULUKOSSA esitettyä järjestelmää ja instrumentteja käytetään kokeessa. Laakereita 6 käytetään venttiilin karan 3 tukemiseksi. Venttiilikammion 1 sisähalkaisija määritetään 2 mm suuremmaksi kuin venttiilielimen 2 ulkohalkaisija. Kuviossa 7 on esitetty laitteen ääriviivat. Painemittari 22 kykenee mittaamaan nestepaineen Pi kuristusventtiilin 27 ylä-virtapuolella, kun taas paine- eromittari 23 mittaa paine-eron ΔΡ kuristusventtiilin 27 yli. Kuristusventtiilin 27 läpi virtaavan nesteen virtausnopeus Q mitataan sähkömagneettisen virtausmittarin 24 avulla. Nestettä syötetään nesteen syöttölaitteen 25 avulla kuristusventtiiliin 27, kuten myös ohitus-venttiiliin 26, joka kykenee muuttamaan aukenemisastettaan kuristusventtiilin 27 läpi tapahtuvan virtausnopeuden säätämiseksi halutuksi.

23 95074

TAULUKKO JÄRJESTELMÄ JA KOKEESSA KÄYTETYT PÄÄINSTRUMENTIT

Instrumenttien nimet Pääasialliset tekn. tiedot

Venttiili- Nimellishalkaisija 150 mm pesä 1

Kuristus- -- venttiili Venttiili- Ulkohalkaisija 148 mm 27 elin 2 Keskustyyppiä Käyttölaite 11 Antovääntö 20 kgm Jännityksen Tunnustelutaajuus 10 KHz tunnistin Tarkkuus 0,5 % Vääntö---- Väännön Analoginen antotyyppi muunnin 3K varten

An---- tu- Vent- Potentiometri Tarkkuus 0, 1 % ri tiilin Analoginen anto aukko

Paine- Paine-eron Tarkkuus 0, 1 % ero mittaus- Analoginen anto laite

Vir- Sähkömagneetti- Tarkkuus 0,02 % taus- nen virtaus- Analoginen anto nopeus mittari

Peräkkäis- A/D-muunnin vertailu- 12 bit, ±5V syöttö muuntotyyppi-nen A/D-muunn.

Virta-anto- D/A-muunnin tyyppinen 12 bit, 4·20 mA anto D/A-muunnin

Ohjaus/tai- 16-bit henkilö- Muisti 1Mb RAM

lennuslaite kohtainen Tallennusväline: kovalevy tietokone 95074 24 B. Mittausmenetelmä Vääntövoiman T, paine-eron ΔΡ, paineen Pi ja virtausnopeuden Q arvot mitataan kuristusventtiilin 27 kunkin aukenemisyksikön Θ osalta samalla kun säädetään ohitusventtiilin 26 aukenemis-astetta Θ ja kuristusventtiilin 27 aukenemista D/A-muuntimen avulla. Mittaus suoritetaan seuraavissa olosuhteissa: tunnus-telutaajuus 200 Hz; näytteiden lukumäärä 200 näytettä/sek. ; aukenemisen Θ säätöväli 0, 2 mA; aukenemisen Θ säätöalue 20 mA. . . 4 mA; ohitusventtiilin venttiilin aukenemisen säätö-väli 1 mA; ja ohitusventtiilin aukenemisen säätöalue 20 mA. ..10 mA.

Nesteenä käytetään vettä, jonka lämpötila pidetään normaalina. Mittaaminen suoritetaan toteuttamalla seuraavat vaiheet (a). . . (g) peräkkäin: a) Ohitusventtiilin 26 venttiilin aukenemisen säätäminen b) Kuristusventtiilin 27 aukenemisen säätäminen c) Vääntövoiman T, paine-eron ΔΡ, virtausnopeuden Q, paineen Pi ja kuristusventtiilin aukenemisen Θ mittaaminen d) Mitattujen tietojen tallentaminen e) Vaiheiden (b)...(d) toistaminen 80 kertaa f) Prosessin suorittaminen vaiheesta (a) sen jälkeen kun vaiheet (b)...(d) on suoritettu 80 kertaa g) Vaiheen (a) toistaminen ennalta määrättynä ajanjaksona, mikä siten päättää koko prosessin.

C. Kokeen tulokset «

Kokeen tuloksina saadut Cv- ja Cu-arvot suhteessa mitattuun aukenemiseen 0m on esitetty kuvioissa 8 ja vastaavasti 9. Näissä kuvioissa erilliset pisteet edustavat kokeen avulla saatuja arvoja. Tässä suoritusmuodossa määritetään kaavan (14) funktio ff(0) ja kaavan (15) funktio gg(9) soveltamalla nel- „ 95074 25 jännen asteen likiarvolauseketta ja vastaavasti viidennen asteen likiarvolauseketta näiden erillisten pisteiden arvoihin.

ff(e) = θ“ X A* + θ3 X As + ea X Aa + θ X Ai + ÄO . . . . (14) missä A*: -9, 146 x 10-*

Aa: 1,531 x 10~2

Aa: -4, 746 x 10-1

Ai: 1, 242 x 10

Ao: 0, 000 gg(0) = Θ* x Bs + Θ4 x B4 + Θ3 x B3 + Θ2 x B2 + θ x Bi + Bo ---- (15) missä

Bb: 8, 540 x 10-*° B«: -1, 672 x 10~7

Ba: 1, 125 x 10"»

Ba: -3, 572 x 10-“

Bi: 4, 919 x 10~3 : Bo: -2, 588 x 10~2

Funktiot ff(0) ja gg(0) on esitetty kuvioissa 10 ja vastaavasti 11.

Esitetyssä suoritusmuodossa Cv- ja Cu-arvot siis määritetään seuraavasti mille tahansa aukenemiselle Θ seuraavalla tavalla.

Cv = f f (Θ) ____ (5)

Cu = gg(0) .... (6) 26 95074

Virtausnopeus Q voidaan tästä syystä laskea mitatun aukenemi-sen Θ ja mitatun vääntövoiman T pohjalta kaavan (13) avulla/ ilman että paine-eroa ΔΡ tarvitsee mitata, siinä tapauksessa, että kyseessä on tämä kuristusventtiili 27 tai samaa tyyppiä kuin tämä venttiili oleva kuristusventtiili.

Vaikka esitetyssä suoritusmuodossa käytetään neljännen asteen likiarvolauseketta ja viidennen asteen likiarvolauseketta, näiden likiarvolausekkeiden käyttäminen ei ole ainoa mahdollisuus. Esimerkiksi seuraavia kaavoja (16) ja (17), jotka ovat n-asteen likiarvolausekkeita, voidaan käyttää kaavojen (14) ja (15) sijasta.

n ff(θ) = Σ Θ3a3 .... (16) j-0 missä Aj edustaa j-asteen kerrointa, ja n gg(0) = Σ 03Bd ---- (17) j-0 missä Bi edustaa j-asteen kerrointa.

On myös mahdollista käyttää tunnettuja likiarvolausekkeita kaavojen (16) ja (17) sijasta. Kokeen olosuhteita, kuten tun-nustelutaajuutta, aukenemisen Θ säätöväliä ja/tai ohitus-venttiilin aukenemisen säätöväliä vaihdellaan sopivimmin vaaditun mittaustarkkuuden mukaan.

Vaikka kaavojen (11) ja (12) olosuhteet ovat oletetut tässä suoritusmuodossa, tällainen olettaminen ei ole välttämätöntä. Funktio F (θ, ΔΡ) ja Η(θ, ΔΡ) voidaan nimittäin määrittää kokeellisen kaavan mukaan virtausnopeuden Q, aukenemisen Θ, paine-eron ΔΡ ja vääntövoiman T pohjalta. Tässä yhteydessä on 27 95074 todettava, että funktio G(0, T) voidaan määrittää kokeellisena kaavana suoraan kokeen tuloksien pohjalta, vaikka funktio G(θ, T) esitetyssä suoritusmuodossa määritetään funktioiden ff(0) ja gg(0) määrittämisen jälkeen.

On myös mahdollista esittää graafisesti virtausnopeuden Q arvot suhteessa aukenemiseen Oja vääntövoimaan T kokeellisen tuloksen pohjalta, jolloin erillisten pisteiden väliset osat on interpoloitu sopivan interpolaatiokaavan avulla siten, että virtausnopeus Q voidaan lukena kuviosta aukenemisen Θ ja vääntövoiman T mitattujen arvojen mukaan.

Kaikki nämä menetelmät virtausnopeuden Q määrittämiseksi voidaan suorittaa nopeasti tietokoneen avulla.

Kuten edellä on esitetty on tämän keksinnön mukainen kuristus -venttiili varustettu venttiilin aukenemisen tunnistamislaitteella, joka kykenee tunnistamaan kuristusventtiilin aukenemis-asteen sekä vääntövoiman tunnistamislaitteella, joka kykenee tunnistamaan nestevirtauksen tuottaman, venttiilielimeen venttiilin karan akselin ympäri kohdistuvan dynaamisen vääntö-voiman. Määrittämällä ennalta virtausnopeuden ja kuristus-venttiilille ominaisten venttiilin aukenemisen ja dynaamisen vääntövoiman arvojen välinen suhde on siksi mahdollista ? määrittää virtausnopeus venttiilin aukenemisen ja dynaamisen vääntövoiman mitattujen arvojen pohjalta. Tämän keksinnön kuristusventtiilissä venttiilielimellä ei siis ainoastaan ole toiminto nestevirtauksen rajoittamiseksi vaan myös toiminto virtausnopeuden tunnistamiseksi. Tästä syystä on mahdollista mitata suoraan kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen virtausnopeus ilman virhettä, mikä muutoin saattaisi aiheutua välimatkasta ja aikaviiveestä, kun virtausnopeus mitataan erillisen virtausmittarin avulla. Täten saavutettu suurempi virtausnopeuden mittaustarkkuus varmistaa suuremman nopeuden ja tarkkuuden virtausnopeuden tietojen perusteella suoritetun virtausnopeuden säätämisen yhteydessä.

95074 28

Virtausnopeuden mittaus, joka ei ole riippuvainen nesteen johtavuudesta, mahdollistaa kuristusventtiilin käyttämisen johtamattoman nesteen kuten öljyn virtausnopeuden säätämiseksi. Nesteen virtausnopeuden säätäminen voidaan lisäksi suorittaa sijoittamatta mitään muuta virtausmittaria virtaus -kanavaan kuin kuristusventtiili.

Tästä keksinnöstä voidaan edelleen kehittää useita toisistaan suuresti eroavia suoritusmuotoja poikkeamatta tämän keksinnön hengestä tai puitteista. On ilmeistä, että tämä keksintö ei rajoitu tässä selityksessä esitettyihin erityisiin suoritusmuotoihin, oheisissa patenttivaatimuksissa määritettyjä seikkoja lukuunottamatta.

»

Claims (13)

1. 29 95074
2. 1. Kuristusventtiili, jossa on päärunko (1) sekä siinä oleva venttiilikara (3) ja ventiilikaralla (3) oleva venttiilielin (2), joka on asennettu kääntyväksi rungossa (1), tunnet-t u siitä, että venttiili edelleen käsittää venttiilin aukene-misen tunnistamisvälineet (17) kuristusventtiilin aukenemis-asteen (Θ) tunnistamiseksi, väännön tunnistamisvälineet (14) sen dynaamisen väännön (T) tunnistamiseksi, jonka neste aiheuttaa venttiilielimeen (2) venttiilikaran (3) ympärillä, sekä virtauksen laskuvälineet (18) kuristusventtiilin läpi virtaa-van nesteen virtauksen (Q) laskemiseksi venttiilin aukenemisen (Θ) ja dynaamisen vääntövoiman (T) ennalta määritettynä funktiona.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuristusventtiili, tunnettu siitä, että siinä lisäksi on käyttölaite (11), joka on yhdistetty venttiilin karaan (3) venttiilielimen (2) kiertämiseksi.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kuristusventtiili, tunnettu siitä, että sanottu käyttölaite (11) on sähkö-toiminen käyttölaite, pneumaattinen käyttölaite, kalvotyyppi-nen käyttölaite tai solenoidityyppinen käyttölaite.
5. 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen kuristusventtiili, tunnettu siitä, että siinä lisäksi on säätövälineet (21), jolla haluttu virtaus (Qd) voidaan asettaa ulkoapäin ja joka antaa käyttölaitteelle (11) käskyn venttiilielimen (2) kiertämiseksi siten, että laskettu virtaus (Qm) lähestyy haluttua virtausta (Qd).
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kuristusventtiili, tunnettu siitä, että siinä on välineet, joilla haluttu virtaus (Qd) voidaan asettaa säätölaitteelle (21) etäällä 30 95074 olevasta paikasta kaukokäyttölaitteen avulla tietoliikenne-välineen kautta.
7. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuristus -venttiili, tunnettu siitä, että vääntövoiman (T) tunnistamislaite (14) käsittää jännitysanturin (12), joka on järjestetty venttiilin karaan (3). 7. jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuristus-venttiili, tunnettu siitä, että venttiilin aukenemi-sen (Θ) tunnistamislaite (17) käsittää venttiilin karaan (3) yhdistetyn kulma-anturin.
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kuristusventtiili, tunnettu siitä, että sanottu kulma-anturi käsittää potentiometrin (15) tai kiertokooderin, joka on yhdistetty venttiilin karaan (3).
9. 9. Menetelmä kuristus venttiilin läpi virtaavan nesteen vir tauksen mittaamiseksi, jossa venttiilissä on venttilikaralle (3) asennettu venttiilielin (2), joka on käännettävissä ven-tiilirungossa (1), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: tunnistetaan kuristusventtiilin aukeneminen (Θ), tunnistetaan se dynaaminen vääntövoima (T), : jonka neste kohdistaa venttiilielimeen (2) venttiilikaran (3) ympärillä, ja määritetään virtaus tunnistetun venttiilin aukenemisen (Θ) ja tunnistetun dynaamisen vääntövoiman (T) funktiona. 1 * Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu funktio arvioidaan määrittämällä virtauksen (Q), venttiilin aukenemisen (Θ) ja dynaamisen vääntövoiman (T) välinen yhteys etukäteen kokeen avulla. 3i 95074
10. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu funktio arvioidaan sen olettamuksen perusteella, että virtaus (Q) on verrannollinen dynaamiseen vääntövoimaan (T) kun venttiilin aukeneminen (Θ) pysyy muuttumattomana. 12. jonkin edellisen patenttivaatimuksen 9...11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtaus määritetään kaaviosta, jossa on esitetty virtauksen (Q) ja venttiilin aukenemisen (Θ) ja dynaamisen vääntövoiman (T) keskinäinen yhteys.
11. 13. Menetelmä kuristusventtiilin läpi virtaavan nesteen virtauksen säätämiseksi, jossa venttiilissä on venttiilikaralle (3) asennettu venttiilielin (2), joka on käännettävissä vent-tiilirungossa (1), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: tunnistetaan kuristusventtiilin aukeneminen (Θ), tunnistetaan se dynaaminen vääntö (T), jonka neste kohdistaa venttiilielimeen (2) venttiilikaran (3) ympärillä, määritetään virtaus (Q) venttiilin tunnistetun aukenemisen (0m) ja tunnistetun dynaamisen väännön (T) funktiona, asetetaan haluttu virtaus (Qd), ja muutetaan venttiilin aukeneminen (Θ) siten, että määritetty virtausnopeus (Qm) lähestyy haluttua virtausta (Qd). 95074