NO132000B - - Google Patents

Abstract

Anordning for styring av væskestrømmen fra en trykkvæskekilde, særlig for styring av væske-strømmen inn i en beholder for opprettholdelse av et forut bestemt væskenivå i beholderen.

Description

Foreliggende ..oppfinnelse angår en anordning for å styre en væskestrbm fra en trykk-kilde. Spesielt, men ikke utelukkende,

angår den styring av en slik væskestrbm inn i en beholder, f.eks.

en husholdningsvanncisterne for å holde et forutbestemt væskenivå

i cisternen.

En meget velkjent og i stor utstrekning brukt anordning for nevnte formål er den såkalte flottbrventil. I den kjente form for flottbrventil flyter en kule på væsken i beholderen og er forbundet ved hjelp av en arm med styreanordningen i en ventil anordnet i væsketilførselsledningen til beholderen. Arrangementet er slik at når kulen heves med væskenivået i beholderen, beveger ventilen seg mot en lukket stilling og omvendt, når væskenivået synker,

åpnes ventilen0

Et problem forbundet med denne kjente anordning er at kraften

som kreves for å manbvrere styreanordningen for stengning av ventilen mot væsketrykket, må fremkalles av kulen når denne heves. Derfor må stbrrelsen av kulen og lengden av armen på hvilken

kulen væres, velges slik at kulen får tilstrekkelig hevarmvirkning til å manbvrere ventilens styreanordning mot væsketrykket. De nbdvendige store dimensjoner hever prisen på disse komponenter og for anvendelser hvor væsken er drikkevann, blir det nbdvendig å bruke messing. Et slikt material er i seg selv kostbart. For :å redusere dimensjonene av kulen for å minske plassen som kreves av denne, må armens lengde bkes. Dette betyr at avstanden over hvilken kulen må bevege seg mellom den helt åpne og den helt lukkede stilling av ventilen, bkes proporsjonalt. Som folge herav stenges ventilen gradvis når væskenivået stiger mot det forutbestemte nivå. Dette resulterer i en ubnsket mengde stby idet væskestrbmmen strupes. Den gradvise stengning av ventilen når nivået stiger, oker dessuten den tid det tar til påny å fylle beholderen til det forutbestemte nivå.

Flere innretninger har vært foreslått for å tilveiebringe en

styring av en væskestrbm fra en trykk-kilde, og med behov for en relativt liten manbvreringskraft slik at ovennevnte mangler kan avhjelpes.

Disse tidligere foreslåtte innretninger har omfattet en styreventil med innlbp fra trykk-kilden, et utlbp, et ventilkammer som forbinder innlbpet og utlbpet, og ef ventillegeme som kan beveges mellom stillinger hvor utlbpet er åpent og stengt i forhold til innlbpet, hvor ventillegemet består av en skive båret for bevegelse i ventilkammeret ved hjelp av en fjærende ringformet membran og hvor ventillegemet og membranen sammen danner en bevegelig skillevegg mellom ventilkammeret og et sekundærkammer som er forbundet med innlbpet ved hjelp av en strupeanordning og som er forsynt med en pilotventil innrettet til å regulere trykket i sekundærkammeret.

Ved å anvende en anordning av den art hvori det tilgjengelige væsketrykk br-ukes til å operere vent il element et i reguleringsventilen, kan dimensjonene av manbvreringsmekanismen, f.eks. flottbren eller kulen,- og av dens tilknyttede forbindelser med anordningen sterkt reduseres sammenlignet med vanlige flottbrventiler.

En byeblikkelig klar fordel som fremkommer herav, er at om-kostningene ved manbvreringsmekanismen i hby grad reduseres idet flottbren eller kulen bare behbver å være meget lett slik at armen som bærer den også kan være tilsvarende lett. Dette betyr at messingdelene i de velkjente flottbrventiler kan erstattes med plastdeler.

En ytterligere meget viktig fordel i ovennevnte anvendelse er at flottbren eller kulen bare behbver å bevege seg en liten distanse for å manbvrere styreventilen. Når anordningen er i bruk, er den således istand til å holde en full væskestrbm inn i beholderen over et lengere tidsrom for reguleringsventilen begynner å stenge. Det tidsrom hvorunder væskestrbmmen strupes blir dermed redusert til et minimum slik at anordningen er meget roligere under drift og beholderen fylles hurtigere enn ved bruken av kjente flottbrventil er.

På grunn av at ventilelementet utgjor en skillevegg mellom ventilkammeret og sekundærkammeret, avhenger hastigheten hvormed ventilen stenger, av forskjellen i væsketrykket i de to kammere. Trykkforskjellen avhenger av stbrrelsen av strupehullet som

styrer hastigheten hvormed trykket stiger i sekundærkammeret når pilotventilen stenges, og også av hastigheten hvormed væske tillates å tommes ut gjennom utlbpet.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å sikre at i en anordning av

den art som ovenfor nevnt, hvori det tilgjengelige væsketrykk utnyttes for operasjon av et ventilelement i en styreventil, stenger ventilelementet ventilen med en styrt hastighet som hindrer muligheten av rystende sjokk i væsketilførselen, og det særegne ved oppfinnelsen består i at utlbpet fra ventilkammeret er utformet med en ringformet ventilseteflate mot hvilken ventillegemet ligger i den lukkede stilling, at et gjennomhullet strupeelement bæres på ventillegemet sentralt i forhold til ventilseteflaten i utlbpet og er aksialt bevegelig i forhold til ventillegemet og at strupeelementet kommer i berbring med ventilseteflaten når ventillegemet nærmer seg den lukkede stilling slik at strbmmen gjennom utlbpet reduseres for dette stenges av ventillegemet.

Hvis det gjennomhullede strupeelement utelates, er det funnet

at anordningen stenger meget hurtig og rystende sjokk kan bli resultatet i tilfbrselsvæsken. Dette antas å oppstå fra forandringene i trykket i ventilkammeret og derav fblgende forandringer i membranens fasong når skiven nærmer seg ventilflaten. Uten strupeelement er det funnet at strbmningshastighéten fra innlbp til utlbp blir maksimal, d.v.s. utelukkende bestemt av dimensjonene av innlbp og utlbp, så lenge som forholdet d/R er lik eller stbrre enn 0,4, idet d er skivens avstand fra ventilflaten og R er ventilflatens radius. Når skiven nærmer seg ventilflaten avtar strbmningshastighéten inntil en kritisk verdi av d/R på omkring 0,1 er nådd. Ved denne kritiske verdi er strbmningshastighéten ca.60% av det maksimale. Under denne verdi er det funnet av flere faktorer bevirker at skiven stenger meget hurtig, resulterende i rystende sjokk. Forst og fremst er det funnet at membranen bbyes innover i sekundærkammeret ved omkring den kritiske verdi og siden væskevolumet i sekundærkammeret er

konstant under korte virkeperioder, bevirker den resulterende trykkbkning at skiven beveger seg meget hurtig mot ventilflaten for struping av strbmmen. For det annet vil venturieffekten foranlediget av væskepassasjen mellom skiven og ventilflaten i okende grad strupe strbmmen når forholdet d/R avtar. Dette trekker skiven mot den lukkede stilling med okende kraft når dimensjonene av strbmningspassasjen reduseres.

Med det gjennomhullede strupeelement i bruk elimineres ovennevnte virkninger fullstendig. Strupeelementet bringes i kontakt med ventilflaten når skiven nærmer seg denne og reduserer strbmningshastighéten gjennom ventilen slik at skivens endelige bevegelse for stengning av utlbpet utelukkende styres av hastigheten hvormed væske passerer gjennom strupehullet og inn i sekundærkammeret. Strupeelementet frembringer også et mottrykk på skiven, hvilket kompenserer trykkfallet i utlbpet.

Det er også funnet at når væske som skal styres er vann, blir

den nbdvendige stbrrelse på strupehullet så liten at hullet er tilbbyelig til å bli gjentettet av støvpartikler og lignende i vannet. Et annet viktig trekk ved oppfinnelsen ér anordningen av en reguleringsstift som er festet til en del av ventilen og anordnet slik at den strekker seg gjennom strupehullet i ventilelementet. Stbrrelsen av passasjen gjennom strupehullet bestemmes av forskjellen i tverrsnittsdimensjonen av hullet og av regulerings-stiften og bevegelsen av ventilelementet i forhold til stiften tilveiebringer en selvrensende virkning for fjerning av partikler fra hullet. Stiften kan være konisk slik at den i okende grad struper hullet når skiven nærmer seg utlbpets ventilflate, hvilket ytterligere reduserer hastigheten av skivens sluttbevegelse.

I de medfølgende tegninger er vist eksempel på en flottbrstyrt anordning i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Fig„ 1 er et snitt gjennom en slik anordning.

Fig. 2 viser anordningen i fig. 1 i bruk i en vanncisterne.

Fig. 3 er et, riss langs pilene A A i fig. 1.

Under henvisning til fig. 1 omfatter anordningen et ventilhus

1 som har et kuppelformet lokk 2. Ventilhuset 1 avgrenser ventilkammeret VC og er forsynt med et innlbp 3 og et utlbp 4, idet sistnevnte strekker seg inn i ventillegemet 1 under dannelse av en sylindrisk passasje 4a (se også: fig. 3). Ventilhuset er stbpt av et plastmaterial med handelsnavnet "Kemetal". Alternativt kan disse deler være fremstilt av egnede metaller, keramikk eller termoplast eller varmeherdende materialer. Det kuppelformede lokk 2 avgrenser sekundærkammeret SC i henhold til oppfinnelsen og er forsynt med en pilotventil dannet av det regulerte utlbpsrbr 5 som når anordningen er i bruk, styres av en lukkedel 6 som er

svingbart festet til lokket 2 ved hjelp av en tapp 7 og manbvreres av en kule 8 ved hjelp av en arm 9. En pakning av "Neopren" er festet i en forsenkning i delen 6 og tetter utlbpsrbret 5 når kulen heves, d.v.s. når armen 9 dreies i retning mot urviseren i fig. 1.

Ventilkammeret VC er avdelt fra sekundærkammeret SC ved hjelp av et ventilelement dannet av en sirkelformet membran 10 av "Neopren" som er forsterket i midten ved hjelp av et messinginnlegg 11. Membranen 10 er rundt omkretsen utformet med en avstivende ribbe 10a som er anbragt i et komplementært utformet spor la i huset 1 og er klemt fast i stilling ved hjelp av en ringformig ribbe 2b i det kuppelformede lokk 2 når sistnevnte er festet i stilling ved hjelp av fire skruer hvorav en er vist ved 2c.

Membranen 10 har således en fjærende ringformet del 10b og et sentralt avstivende skiveparti 10c. Et sirkelformet strupeelement 12 er festet til sentrum av skivepartiet 10c ved hjelp av en tapp 13 på en måte som muliggjbr begrenset aksial bevegelse av elementet.

Som det vil ses i fig. 1, er skivepartiet 10c og strupeelementet

12 anordnet sentralt i forhold til den sylindriske passasje 4a

og ved passende bbyning kan det ringformede parti 10b bringes i kontakt med en ventilflate 4b utformet rundt enden av passasjen 4a slik at sistnevnte stenges. På tegningen er membranen vist med

helt opptrukne linjer i en delvis lukket stilling (som skal nærmere forklares i det fblgende) og er antydet med brudte linjer i den åpne stilling. Et strupehull 14 mellom ventilkammeret VC og sekundærkammeret SC avgrenses av en åpning i skivepartiet 10c av membranen 10, og en spesielt utformet reguleringsstift 15 som er utformet i en vegg av legemet 1, strekker seg sentralt gjennom åpningen forrå regulere stbrrelsen av den ringformede passasje som avgrenser strupehullet. Den spesielle utformning av reguleringsstiften 15 vil bli detaljert beskrevet senere. Det skal imidlertid bemerkes at dimensjonene av strupehullet 14 er mindre enn dimensjonen av det regulerte utlbpsror 5..

Ved bruk av anordningen er innlbpet 3 festet i veggen til en væskebeholder (vist ved 16 i fig. 2) og er tilkoplet en til-for sel sl edning (ikke vist) der hvor den stikker gjennom veggen i beholderen. Anordningen er slik arrangert at utlbpet 4 er rettet nedover mot beholderens bunn slik at kulen henger nedover for dreining av armen 9 i retning med urviseren som vist i fig. 1 og 2, og åpner utlbpsrbret 5. Når derfor vann tilfores gjennom tilfbrselsledningen, vil trykket som virker på det fjærende parti 10b av membranen, bevege skivepartiet 10c klar av ventilflaten 4b slik at vann tillates å strbmme inn i beholderen gjennom utlbpet 4a. Vann strbmmer også inn i sekundærkammeret SC gjennom strupehullet 14, men trykket i sistnevnte kammer forblir lavt siden utlbpsrbret 5 er åpent ved dette tidspunkt og slipper vannet ut fra sekundærkammeret SC og inn i beholderen. Når vannet i beholderen stiger til nivået for kulen 8, begynner denne å flyte og lbftes av det stigende vann slik at armen 9 dreies i retning mot urviseren som vist i fig. 1, inntil "Neopren"-pakningen stenger utlbpsrbret 5 når vannet er steget til det forutbestemte nivå.

Stengning av utlbpsrbret 5 hever trykket i sekundærkammeret SC med en hastighet som bestemmes av strupehullets stbrrelse, og

da dette trykk stiger, beveges membranen 10 mot venstre som vist i fig. 1, slik at utlbpet 4 stenges.

I tilfelle åv at væskenivået i beholderen synker, vil kulen

senkes og dermed åpne utlbpsrbret 5„ så snart utlbpsrbret 5

åpnes„ synker trykket i sekundærkammeret SC på grunn av den relative letthet hvormed vannet forlater dette kammer i sammen-ligning med den hvormed vannet strbmmer gjennom strupehullet 14.

Som folge av dette trykkfall i sekundærkammeret SC lbfter væsketrykket ved innlbpet membranen 10 og etablerer en full strbmningspassasje for væske inn i beholderen gjennom passasjen 4. Denne passasje forblir åpen inntil det stigende vann i beholderen påny lbfter kulen 8 og dermed stenger utlbpet 5 slik at membranen 10 påny trykkes over utlbpet 4 og stenger det.

Det vil forståes at hastigheten hvormed membranen beveges,

bestemmes av de relative krefter som virker på motsatte sider av membranen 10. Når sistnevnte er i den lukkede stilling, er trykket som virker på hver side av membranen, tilnærmet det samme, men arealet over hvilket trykket virker er forskjellig,

det vil si at kraften som virker for å åpne membranen, bestemmes av det areal av membranen som er utsatt for innlbpstrykket, -

hvilket bare er det ringformige parti av membranen, mens derimot kraften som virker til å holde membranen stengt, bestemmes av membranens -totale areal. Det vil dessuten forståes at når membranen er helt åpen, utsettes den for vanntrykket over dens hele areal på begge sider, og at trykket som virker på skivepartiet 10c i åpningsretningen, bestemmes av mottrykket som eksisterer i utlbpet 4. Mellom den åpne og den lukkede stiling forblir det areal som utsettes for sekundærkammeret SC og derfor tjener til å stenge membranen, tilnærmet konstant, mens derimot arealet i ventilkammeret VC som utsettes for vanntrykket, reduseres effektivt når membranen nærmer seg den lukkede stilling og mottrykket i utlbpet 4 synker. Dette i forbindelse med de tidligere nevnte faktorer vil medvirke til en hurtig lukking av membranen 10 med derav fblgende rystende sjokk i tilfbrselen. Strupeelementet

12 hindrer rystende sjokk.

Det vil således ses at strupeelementet 12 har en hul konisk form

og er forsynt med et ringformet omkretsseteparti 12a, utformet til å komme til anlegg mot ventilflatei 4b i et spor utformet i sistnevnte.

Strupeelementet 12 er gjennomboret av fire hull (hvorav to er vist ved 12c) og er aksialt bevegelig på en bærende tapp 13,

slik at når membranen stenger, frembringes den fbrste kontakt med setepartiet 12a på strupeelementet 12, idet dettes hule koniske legeme opptas i utlbpspassasjen 4a.

Når membranen 10 nærmer seg ventilflaten 4b som vist i fig. 1, kontakter strupeelementet 12 forst ventilflaten og reduserer strbmningshastighéten gjennom utlbpspassasjen 4a betraktelig, idet denne strupede hastighet bestemmes av dimensjonene av åpningene 12c. Vannet som beveger seg radialt inn i utlbpet, passerer gjennom gapet mellom membranen 10 og strupeelementet 12 under siste fase av stengningen og skaper et mottrykk som virker mot stengning av membranen så snart strupeelementet faller til hvile, hvorved membranens bevegelse gjennom det kritiske lukketrinn dempes. Når membranen er åpen, sikrer strupeelementets koniske flate at strupeelementet 12 holdes mot membranoverflaten ved vannets strbmning gjennom utlbpet og vanskeliggjør således ikke vannets strbmning gjennom ventilen.

Fig. 1 viser også formen på regulerings-stiften 15. Det vil ses at denne stift er konisk slik at når membranen 10 nærmer seg ventilflaten 4b, reduseres vannets strbmningshastighet inn i sékundærkainmeret SC. Dette nedsetter farten av trykkstigningen i sekundærkammeret og "demper" ytterligere stengningen av membranen. Reguleringsstiften sikrer også at eventuelle partikler i vannet blir ute av stand til å blokkere strupehullet 14.

Den beskrevne konstruksjon inneholdende strupeelementet er spesielt fordelaktig ved styring av vann-nivået i f.eks. en cisterne på grunn av at anordningen ved passende dimensjonering av strupeelementet kan gjbres immun overfor virkninger som skyldes plutselige forandringer i nivået, f.eks. foranlediget av bblger i cisternen.

Det skal bemerkes at forbedringer som oppstår ved bruken av strupeelementet og regulerings-stiften på ingen måte begrenses av den foran beskrevne spesielle anvendelse, hvilket vil si at slike forbedringer kan være fordelaktige ved anvendelse på hvilken som helst væske-styreventil hvori trykket av en væsketilfdrsel utnyttes for operasjon av et ventilelement i en styreventil.

Det kan også tenkes at styreanordningen i pilotventilen kan være et elektromagnetisk manbvrert plungerstempel eller en bimetall-strimmel.

Claims (9)

1. Anordning for styring av en væskestrbm fra en trykkvæskekilde, særlig for styring av væskestrbmmen inn i en beholder for opprettholdelse av et forut bestemt væskenivå i beholderen, omfattende en styreventil med innlbp fra trykk-kilden, et utlbp, et ventilkammer som forbinder innlbpet og utlbpet, og et ventillegeme som kan beveges mellom stillinger hvor utlbpet er åpent og stengt i forhold til innlbpet, hvor ventillegemet består av en skive båret for bevegelse i ventilkammeret ved hjelp av en fjærende ringformet membran og hvor ventillegemet og membranen sammen danner en bevegelig skillevegg mellom ventilkammeret og et sekundærkammer som er forbundet med innlbpet ved hjelp av en strupeanordning og som er forsynt med en pilotventil innrettet til å regulere trykket i sekundærkammeret, karakterisert ved at utlbpet (4a) fra ventilkammeret (VC) er utformet med en ringformet ventilseteflate (4b) mot hvilken ventillegemet (10c) ligger i den lukkede stilling, at et gjennomhullet strupeelement (12) bæres på ventillegemet (10c) sentralt i forhold til ventilseteflaten (4b) i utlbpet (4a) og er aksialt bevegelig i forhold til ventillegemet (10c) og at strupeelementet (12) kommer i berbring med ventilseteflaten (4b) når ventillegemet (10c) nærmer seg den lukkede stilling slik at strbmmen gjennom utlbpet (4) reduseres for dette stenges av ventillegemet (10c).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at strupeanordningen består av et hull (14) i ventillegemet (10c) og at en reguleringsstift (15) rager gjennom hullet (14) for å danne en ringformet passasje gjennom hvilken væske strommer inn i sekundærkammeret (SC) og for å sikre at passasjen ikke kan blokkeres av fast partikkelformet material i væsken,,

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at stiften (15) har en konisk form og er innrettet til å redusere stbrrelsen av passasjen når ventillegemet (10c) nærmer seg den lukkede stilling.

4. Anordning som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at strupeelementet (12) har en hul konisk form, bæres på ventillegemet (10c) med en ringformet flate mot ventillegemet og opptas i utlbpet (4a) når ventillegemet (10c) nærmer seg den lukkede stilling.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at strupeelementet (12) bæres på ventillegemet (10c) ved hjelp av en tapp (13) som er festet til ventillegemet (10c) og som strekker seg aksialt i forhold til ventilseteflaten (4b) og har et skaftparti anbragt med klaring i et hull anordnet ved spissen av strupeelementet (12).

6. Anordning som angitt i krav 1-5, kara k'.t erisert ved at pilotventilen (5, 6) danner utlbp fra sekundærkammeret (SC).

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at pilotventilen omfatter et ror (5) som strekker seg gjennom og utover fra en vegg i sekundærkammeret (SC) og en lukkedel (6) som kan beveges for å stenge roret (5) når ventillegemet (10c) blir beveget mot den lukkede stilling.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at lukkedelen (6) er svingbart montert på nevnte vegg av sekundærkammeret (SC) slik at den kan beveges mellom åpen og lukket stilling for roret (5).

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at en flottdr (8) er operativt forbundet med lukkedelen (6) ved hjelp av en arm (9).