NO151961B - Selvregulerende utloepsventil for en trykkbeholder - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en utløpsventil for en under trykk stående beholder.

Ventilen ifølge oppfinnelsen er særlig egnet for avgivelse av et produkt fra en trykkbeholder i hvilken trykket avtar under på hverandre følgende avgivelser av produktet.

Det er allerede kjent en utløpsventil for under trykk stående beholdere som oppviser en vippbar, hul, sentral ventilstamme som er forsynt med innløpsåpninger som er fordelt rundt stammen og fører inn i ventilstammen fra den trykkbeholder på hvilken utløpsventilen er festet (DE-OS 2 722 265). Ventilstammen strekker seg derved ut av trykkbeholderen, og

en ventilskive eller ventiltallerken omgir ventilstammen i det indre av trykkbeholderen og ligger an mot et stasjonært ventilsete som bæres av venti1legemet. Når ventiltallerkenen ligger an mot ventilsetet, er ventilstammens innløpsåpninger lukket, og når ventilstammen og ventiltallerkenen vippes, oppstår en bue- og kileformet passasje for det under trykk stående produkt til ventilstammens innløpsåpninger.

Når man ved konvensjonelle, vippbare utløpsventiler vipper ventilstammen og ventiltallerkenen, er det bare de forreste innløpsåpninger i ventilstammen på den side av ventiltallerkenen som åpner seg mest, som over hele sitt strømnings-tverrsnitt tilføres under trykk stående produkt, mens de andre innløpsåpninger, og særlig, de åpninger som ligger på den lukkede side, bare delvis står i forbindelse med den kileformede passasje eller det kileformede rom over ventiltallerkenen.

Som et resultat av dette blir det totale strømningstverrsnitt av ventilstammens innløpsåpninger ikke fullstendig utnyttet. Dette forårsaker ingen vanskeligheter når trykkbeholderens innhold står under høyt trykk, altså- når avgivelsen eller ut-strømningen fra beholderen nettopp begynner. Når imidlertid beholderinnholdet nesten er oppbrukt og beholdertrykket derved er blitt lavt, hindrer det reduserte strømningstverrsnitt av innløpsåpningene en tilstrekkelig produktstrøm. Dette er blant annet også grunnen til at man ved en sådan trykkbeholder utgår fra et meget høyt innertrykk for på den måte å sikre en tilstrekkelig strømningshastighet til ventilstammen, særlig når beholderens innhold er nesten oppbrukt.

Konvensjonelle gasstrykkbeholdere har en utløps-åpning med konstant størrelse, og ved disse er det derfor ønskelig at beholdertrykket holder seg i det vesentlige konstant under avgivelsen av hele beholderinnholdet, da strømningshastigheten for det materiale som skal avgis fra beholderen, avtar ved reduksjon av trykket. Når innholdet i en trykkbeholder avgis eller utleveres, inntar imidlertid trykkgassen i beholderen et større volum, og dette fører vanligvis til en tilsvarende nedsettelse av gasstrykket, omtrent som når det som gass benyttes trykkluft. For å unn-gå dette, kan det benyttes et trykkmedium som ved økning av det volum som står til disposisjon for gassen, stiller til disposisjon en større trykkgassmengde. Vanligvis blir det for dette formål benyttet en flytendegjort gass da en sådan gassfylling opprettholder et i det vesentlige konstant trykk i beholderen etter hvert som det under trykk stående beholderinnhold avgis. Således blir det som trykkmedium for mange beholdere eksempelvis benyttet freon (fluorerte hydro-karboner) . Det eksisterer imidlertid betydelige betenkelig-heter med hensyn til benyttelsen av freon og andre sådanne trykkmedier med henblikk på miljøskader.

Formålet med oppfinnelsen er således å tilveiebringe en utløpsventil for trykkbeholdere som sørger for automatisk strømningsstyring og derved muliggjør anvendelse av trykkmedier, eksempelvis luft, som ikke er miljøskadelige.

Ovennevnte formål oppnås med en utløpsventil for en under trykk stående beholder, omfattende en hul stamme med en ventiltallerken som ved sin omkretskant har et ringformet kantfremspring som i lukket tilstand av ventilen ligger an mot et i ventillegemet anordnet ventilsete eller ringsete, idet stammen i tilslutning til ventiltallerkenen oppviser til stammens indre førende innløpsåpninger, og en mot ventilstammen angripende, fortrinnsvis samtidig som tetning tjenende, ettergivende spenndel som tillater en vippebevegelse av stammen med sin ventiltallerken til alle sider, for åpning av ventilen under ensidig anlegg av ventiltallerkenen mot ringsetet, hvilken utløpsventil er kjenne-tegnet ved at det på avstand innenfor det ringformede kantfremspring er anordnet et ytterligere ringfremspring som virker som egentlig tetningsring sammen med ringsetet, og at ringsetet består av en tykk, elastisk ringskive, slik at ringsetet, avhengig av det i beholderen herskende trykk, på grunn av kantfremspringet på ventiltallerkenen på dettes understøttelsessted ved vippebevegelsen for åpning presses sterke tilbake i forhold til det øvrige område av ringsetet ved høyere trykk, og det som følge av dette trykkavhengig ved lik vippestilling av ventilstammen oppstår en forskjellig stor passasje mellom ventilstammen og ringsetet.

Når ventilstammen i utløpsventilen ifølge oppfinnelsen vippes, svinger ventiltallerkenen om det ringformede kantfremspring som støtter seg mot ventilsetet eller ringsetet, og ved hjelp av kantfremspringet oppstår det samtidig et fritt rom mellom den øvre overflate av ventiltallerkenen og den motstående overflate av ringsetet. Ringfremspringet eller tetningsringen som er anordnet på ventiltallerkenen i tillegg til det ringformede kantfremspring, trenger i ventilens lukkede tilstand inn i ring- eller ventilsetet og tjener som tetning mot utstrømningen av beholderinnhold. I ventilens lukkede tilstand trenger både tetningsringen og kantfremspringet inn i det deformerbare ventilsete. Når ventilstammen Vippes, forblir tetningsringen under den innledende vippeVinkel i tettende berøring med ventilsetet, idet størrelsen av den innledende vinkel er avhengig av trykket som virker på Ventiltallerkenen.

Når kantfremspringet og tetningsringen er utformet som separate elementer,, kan kantf remspringet'være forsynt med innskjæringer eller spor gjennom hvilke beholderinnholdet i ventilens lukkede tilstand ankommer til området mellom tetningsringen og kantfremspringet.

Ventilstammens innløpsåpninger er avlange og be-finner seg over forbindelsen mellom ventilstammen og ventil-, tallerkenen. Åpningene strekker seg i ventilsetet og ventillegemet. Når ventilstammens innløpsåpninger åpnes ved vipping av stammen, strømmer det under trykk stående beholderinnhold ut fra ventilstammen.

I det minste der hvor ventilsetet er i inngrep med tetningsringen og eventuelt også der hvor det er i inngrep med kantfremspringet, er ventilsetet fremstilt av ikke-stivt, ettergivende, fjærende materiale som er lokalt sammen-trykkbart av ventiltallerkenen som støtter seg på dette.

For eksempel kan ventilsetet bestå av en elastomer eller en sammentrykkbar plast, men er imidlertid ikke det vanlige, stive ventilsete. Ventilsetet kan ha en durometerverdi så høy som 90, men for de fleste formål vil en durometerverdi i området 20 - 50 være tilstrekkelig.

Andre metoder for å gjøre ventilsetet ettergivende kan alternativt benyttes. I stedet for et forholdsvis mykt og ettergivende ventilsete kan det i ventilsetets øvre overflate være anordnet spor, riller eller fordypninger som virker slik at de gjør ventilsetet mer fleksibelt og fjærende. Sporene kan være i form av et antall konsentriske, radiale spor i den øvre overflate av et sete som er fleksibelt, men ikke så lett å trenge inn i, slik at setet, ved vipping av den forholdsvis stive ventiltallerken, bøyes i større eller mindre grad, avhengig av trykket i trykkbeholderen. Setet kan også bestå av et tolagsmateriale hvor det ene lag har en lav durometerverdi (f.eks. svamp) mens det andre lag har en høyere durometerverdi (større hardhet).

Ventiltallerkenen, og særlig dennes ringformede kantfremspring og/eller denstetningsring, trenger dypt inn i det ettergivende ventilsete. Etter hvert som beholdertrykket avtar, griper ventiltallerkenens ring eller ringer mindre dypt inn i ventilsetet, på grunn av at fjæringen av ventilsetematerialet presser ringen eller ringene ut av ventilsetet. For en gitt vippevinkel av ventilstammen bestemmer den dybde til hvilken ventiltallerkenen griper inn i ventilsetet, hvor langtventiltallerkenen vil bli løftet opp fra sitt sete, og bestemmer størrelsen av den kileformede passasje til ventilstammens innløpsåpninger. Når beholderen står under høyt trykk, trenger ventiltallerkenen dypt inn i ventilsetet, og for en gitt vippingsgrad av ventilstammen er størrelsen av den passasje som fører til ventilstammens innløpsåpninger, forholdsvis mindre. Når imidlertid beholder^ trykket avtar, påvirkes ventiltallerkenen av et mindre beholdertrykk, og dens ringer trenger mindre dypt inn i ventilsetet, slik at for samme vippingsgrad av ventilstammen blir størrelsen av den passasje som fører til stammens innløpsåpnin-ger, tilsvarende minste øket. Som et resultat av dette varierer graden av åpning av passasjen til ventilstammen i omvendt forhold til trykket av produktet. Gjennom hele ut-leveringen fra beholderen oppnås en i hovedsaken ensartet strømningshastighet for produktet.

En vesentlig fordel ved ventilen ifølge oppfinnelsen er at det trykkmedium som kan benyttes i beholderen, ganske enkelt kan være omgivende luft. Luft har den egenskap at etter hvert som det volum i hvilket trykkluften opprettholdes øker, avtar lufttrykket. Ventilen ifølge oppfinnelsen kompenserer imidlertid for reduksjonen i trykket av trykkmediumet, slik at luft eller hvilken som helst annen muljøvennlig gass kan benyttes som drivmiddel.

Stempelet i en trykkbeholder opptar normalt ca.

1/3 av beholderens volum. I en gjennoms-nittsbeholder gir dette en strømningshastighetsendring, fra full til tom beholder, på ca:. 1,8:1. En sådan endring er ikke lett å registrere og er derfor akseptabel for brukeren. Dette levner imidlertid bare ca. 2/3 av beholderens volum for produktet som skal avgis. Det er åpenbart at jo mer produkt man kan anbringe i beholderen, jo mindre koster dette pr. enhet utnyttbart rom.

Ved benyttelse av en ventil med automatisk strøm-ningsstyring og trykkluft kan det benyttes et stempel som opptar bare 1/5 av volumet. Et sådant arrangement, med en standard ventil og trykkluft, vil som et typisk eksempel gi en strømningshastighetsendring, fra full til tom beholder, på 4:1, hvilket er uakseptabelt for brukeren. Den automatiske strømningsstyreventil vil imidlertid kompensere for dette og tilveiebringe en ensartet utlevering av produktet.

Ventilen ifølge oppfinnelsen er særlig egnet for styring av uttømmingen av materialer med høy viskositet, dvs. med en viskositet på 10 000 eps og høyere, og med et innledende fyllingstrykk for beholderen på 0,42 - 2,8 kg/cm 2. Ventilen ifølge oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til sådanne produkter eller til sådanne beholdertrykk. På grunn av det store gjennomstrømnings-tverrsnittsareal som tilveiebringes både av den forstørrede ventiltallerken og ventilstammens helt frie innløpsåpninger, og på grunn av ventilens trykkfølsomhet ved åpning av ventilen, oppnås en tilfredsstil-lende utstrømningshastighet for også meget viskøse produkter, selv med lave indre trykk, under hele uttømmingen av beholderens innhold.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et snitt gjennom en trykkbeholder som er forsynt med en ventil ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et forstørret, sentralt lengdesnitt av en utførelse av ventilen ifølge oppfinenlsen i dens lukkede tilstand, fig. 3 viser ventilen på fig. 2 i åpen. tilstand under høyere beholdertrykk, og fig. 4 viser den samme ventil i åpen tilstand under lavere beholdertrykk.

Ventilen ifølge oppfinnelsen er på tegningene vist

å utgjøre utløpsventilen i en lavtrykksbeholder (0,42 - 2,8 kg/cm 2 fyllingstrykk) for flytende produkter med høy viskositet (10 000 eps og mer). Man skal imidlertid være klar over at ventilen ifølge oppfinnelsen ikke er begrenset til bruk med beholdere med sådanne trykk eller med produkter med sådanne-viskositetsverdier.

Idet det nå henvises til fig. 1, er en trykkbeholder 10 forsynt med og avgrenset av en sylindrisk vegg 10a. Beholderen 10 kan være fremstilt av aluminium, ekstrudert termo-plastmateriale eller også kartong med et belegg av plast eller metallfolie, så lenge den har tilstrekkelig styrke til å inne-, holde det forholdsvis lave trykk i beholderen.

Beholderen 10 rommer en indre barriere i form av et stempel 11 med et nedhengende skjørt 12. Beholderens bunn 13 er forseglet mot beholderveggen ved hjelp av dobbeltfalsing 14 eller på hvilken som helst annen passende måte.

Det øvre hulrom 10b av beholderen er fylt av trykksatt produkt som skal utleveres. Sådan fylling utføres gjennom den åpne topp av beholderen og før installasjon av ventilen 15 eller enhver annen ventil ifølge oppfinnelsen. Deretter festes ventilen, slik som beskrevet nedenfor, ved toppen av veggen 10a. Etter at ventilen 15 er blitt forseglet til toppen av beholderen.og med ventilen i den lukkede tilstand, fylles rommet 10c under stempelet 11 og inne i skjørtet 12 med en viss mengde drivmiddel, såsom luft, som har et over-trykk på 0,42 - 2,8 kg/cm 2, gjennom en åpning 16 som deretter lukkes ved hj:elp av en plugg 17 av gummi eller liknende. Drivmiddelet har den egenskap at dets trykk faller etter hvert som volumet av rommet 10c øker.. Ventilen ifølge oppfinnelsen er imidlertid konstruert for å ta hensyn til et slikt trykkfall. Hvilke som helst drivmidler som. har denne egenskap med trykkfall,, og som er miljøvennlige, kan således benyttes.

Ventilen omfatter en ramme eller skål 19 av metall, fortrinnsvis aluminium, som kan være dobbeltf al set. til lege-mets 10c overkant, slik som. vist ved 20, eller som kan være krympet til sylinderens overkant, slik. som vist ved 20a på fig. 1 ..

Som vist på fig. 2, omfatter ventilen et ventillegeme 21 av meget ettergivende, fjærende gummi, elastomert materiale eller liknende., som er inneholdt i. den stive metallram-me 19. Ventillegemet 21 er forseglet mot den hule, rørforme-de ventilstamme 22, gjennom hvilken det trykksatte produkt uttømmes ved åpning av ventilen. Ventillegemet. 21 omfatter et spenndeldannende, buet parti 23 med ringformet tverrsnitt, hvis overkant ligger an mot en skulder 24. som er dannet på stammen 22, slik at det tilveiebringes en tetning, i dette område og dessuten, dannes et kompresjons- eller sammentrykkingspunkt i stammens vipperetning. Ved sin bunn er det krumme parti 23 av ventillegemet bøyd innover ved et parti 25 for å danne en ytterligere tetning og et sammentrykkingspunkt med stammens 22. bunnparti. Det er fjæringen av det buede parti eller spenndelen 23 som fører ventilstammen 22 tilbake til den opprinnelige opprettstående, ikke-vippede tilstand.

Ventillegemet 21 har en bunnforlengelse i horisontal retning som danner et ringformet ventilsete 26 på sin under-side. Legemet 21 er av et materiale som er tilstrekkelig ettergivende til at de nedenfor beskrevne, inngripende partier av ventilstammen synker inn i varierende grad etter hvert som det indre trykk i beholderen 10 endres. Slik det fremgår av fig. 2, er ventillegemet 21 tilstrekkelig mykt til at setet 26 blir dypt innpresset, i det minste i sine ringformede kontakt-områder med ventiltallerkenens 29 ringfremspring 30 og det ringformede kantfremspring 31.

Bunnen av ventilstammen 22 oppviser innbyrdes ad-skilte søyler eller tapper 2 7 som avgrenser passasjer eller innløpsåpninger 28 seg imellom, og disse åpninger fører inn

til ventilstammens hule indre. Tappenes 27 bunnender er stivt festet til en sirkulær ventiltallerken 29 av stivt materiale.

På den øvre overflate av ventiltallerkenen 2 9 er anordnet det ringformede kantfremspring 31 og ringfremspringet eller tetningsringen 30 som er beliggende mellom ventilstammen 22 og kantfremspringet 31. Selv om høydene av ringene 30, 31 er vist å være de samme, kunne de også- være forskjellige, idet ringfremspringet 30 kan ha større høyde enn kantfremspringet 31 for på sikker måte å danne tettende inngrep med ventilsetet.

Den grad i hvilken ringene 30 og 31 trykker ned ventilsetet 26, er avhengig av det indre trykk i beholderen 10. Etter hvert som det indre trykk avtar, forårsaker fjæringen

av materialet i ventillegemet 21 at dette forsøker å bringe seg selv tilbake til sin opprinnelige form, og idet dette gjøres, skyver det ventiltallerkenen 29 ut av ventilsetet 26.

Fig. 3 og 4 viser ventilens 15 vippeoperasjon under forskjellige beholdertrykk. På fig. 3 ligger beholdertrykket i den høyere del av sitt område. Når ventilstammen 22 vippes i hvilken som helst retning rundt kantfremspringet 31, løftes ventiltallerkenen 29 opp fra ventilsetet 26. Under denne løftebevegelse presser imidlertid beholdertrykket ventiltal^ lerkenen ganske hardt mot ventilsetet. Det er derfor ikke før ventilstammen 22 har vippet en forholdsvis stor vippevinkel at passasjen 32 som fører til ventilstammens innløpsåpninger 28, først fremkommer. En vensentlig del av vippingen av ventilstammen 22 absorberes i svampaktigheten av ventilsetet 26

uten at noen passasje åpnes til åpningene 28. Når den kileformede passasje 32 til innløpsåpningene 28 til slutt fremkommer, er åpningen forholdsvis smal, slik at et mindre volum av materiale tillates å strømme ut under det høye trykk i beholderen 10, slik at strømningshastigheten av trykksatt materiale styres på riktig måte.

Etter hvert som beholdertrykket avtar på grunn av reduksjon av mengden av materiale under trykk i kammeret 10b og tilsvarende økning av trykkmediumkammeret 10c, utøves mindre trykk på ventiltallerkenen 2 9 for å presse denne inn i ventilsetet 26. I stedet for at. ringene 30 og 31 trenger dypt inn i ventilsetet 26 som vist på fig. 3, trenger de inn mye mindre dypt, slik som vist på fig. 4. Når ventilstammen 22 på fig. 4 vippes i samme grad som under beholdertrykket på fig. 3, blir mye mindre av ventilstammens vipping absorbert av det elastiske ventillegeme 21, og passasjen 32 åpner seg mye raskere enn under høytrykkstilstanden på fig. 3. Den tid-ligere åpning av passasjen 32 vil forårsake at passasjen er større for enhver vippevinkel for stammen 22 enn under trykk-tilstanden ifølge fig. 3. Dette tillater at et større volum av trykksatt materiale kan strømme gjennom stammens innløps-åpninger 28. Reduksjonen av beholdertrykket som presser det trykksatte materiale til innløpsåpningene, kompenseres således ved hjelp av den økede passasje som tillater at et større volum av dette materiale kan passere til innløpsåpningene. Som et resultat forblir strømningshastigheten gjennom åpningene 28 forholdsvis konstant over hele trykkområdet for beholderen.

I den viste utførelse svinger eller dreier ventiltallerkenen 2 9 om det radialt ytre kantfremspring 31. Når dreiepunktet ligger lenger fra stammen, vil ventiltallerkenen 29, for en gitt vippevinkel for ventilstammen 22, bevege seg over en større, bueformet bane, og størrelsen av passasjen 32 endres i større grad for en gitt bueformet svingebevegelse av ventiltallerkenen 2 9. Tetningsringen 30 trenger på den annen side inn i ventilsetet 26 for å holde innløpsåpningene 28 lukket, og det er løftingen av tetningsringen 30 bort fra ventil-- setet 26 som åpner innløpsåpningene. Tetningsringen 30 og kantfremspringet 31 er vist å ha samme høyde. Det er imidlertid åpenbart at høyden av tetningsringen kunne være gjort stør-re enn høyden av kantfremspringet for å sikre skikkelig tetning og opphør av tetningen i det riktige øyeblikk.

Da kantfremspringet 31 bare tilveiebringer et støtte-punkt eller dreiepunkt rundt hvilket ventiltallerkenen 2 9 dreier, men ikke trenger å utføre noen tetningsfunksjon, kan

kantfremspringet 31 være rillet, med en rekke ensartet adskil-

te spor (ikke vist) langs sin omkrets. Rillene eller sporene tillater passasje av det trykksatte materiale forbi kantfrem-

springet 31 uten noen forstyrrelse av betydning.

I den foran beskrevne utførelse og i andre utførel-

ser som en fagmann på området nå kan forestille seg, er det ventilsetets ettergivenhet som gjør det mulig for den samar-

beidende ventiltallerken å trenge mer eller mindre dypt inn i ventilsetet, avhengig av det trykksatte materiales trykk mot ventiltallerkenen. Den mengde trykksatt materiale som tillates å passere gjennom ventilstammens innløpsåpninger, er avhengig av den grad i hvilken ventiltallerkenen beveges bort fra ventilsetet, og er videre avhengig av trykket av det trykk-

satte materiale. Da størrelsen av den passasje som leder til innløpsåpningene øker når trykket på det trykksatte materiale avtar tilsvarende, muliggjøres en i hovedsaken konstant strøm-ningshastighet av det trykksatte materiale ut fra beholderen.

Claims (3)

1. Utløpsventil for en under trykk stående beholder, omfattende en hul stamme (22) med en ventiltallerken (29) som ved sin omkretskant har et ringformet kantfremspring (31) som i lukket tilstand av ventilen ligger an mot et i ventillegemet (21) anordnet ventilsete eller ringsete (26), idet stammen (22) i tilslutning til ventiltallerkenen (29) oppviser til stammens indre førende innløpsåpninger (28), og en mot ventilstammen (22) angripende, fortrinnsvis samtidig som tetning tjenende, ettergivende spenndel (23) som tillater en vippebevegelse av stammen (22) med sin ventiltallerken (29) til alle sider, for åpning av ventilen under ensidig anlegg av ventiltallerkenen (2 9) mot ringsetet (26) , karakterisert ved at det på avstand innenfor det ringformede kantfremspring (31) er anordnet et ytterligere ringfremspring (30) som virker som egentlig tetningsring sammen med ringsetet (26), og at ringsetet (26) består av en tykk, elastisk ringskive, slik at ringsetet (26), avhengig av det i beholderen herskende trykk, på grunn av kantfremspringet (31) på ventiltallerkenen (2 9) på dettes understøttelsessted ved vippebevegelsen for åpning presses sterkere tilbake i forhold til det øvrige område av ringsetet (26) ved høyere trykk, og det som følge av dette trykkavhengig ved lik vippestilling av ventilstammen (22) oppstår en forskjellig stor passasje (32) mellom ventilstammen (22) og ringsetet (26).

2. Ventil ifølge krav 1/karakterisert ved at i det minste den del av ringsetet (26) på hvilken ringfremspringet (30) hviler, består av et ettergivende materiale med en durometerverdi i området 20 - 50.

3. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at i det minste den del av ringsetet (26) på hvilken ringfremspringet (30) hviler, består av et ettergivende materiale med en durometerverdi i området 2 0 - 90.