NO172004B - Vakuumregulator - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en vakuumregulator som angitt

i innledningen i krav 1.

Det eksisterer idag et stort antall ventiler som anvendes til å regulere vakuumet som tilveiebringes for en bestemt anvendelse. Særlig i papirfremstillingsindustrien anvendes vakuumreguleringsventiler i stor utstrekning. I en typisk situasjon anvendes slike ventiler til å regulere sugingen til sugekassene. Se f.eks. US patent nr. 3 766 933.

En automatisk ventil av denne beskaffenhet som er anvendt i stor utstrektning er den som selges av Albany International, under modell nr. AES V-700. V-700-ventilen som i hovedsaken er vist på fig. 1, benytter to motkoblede stempelenheter med forskjellige stempelstørrelser og rullende skillevegger. Stemplenes bevegelse bevirker at en liten skillevegg kan dekke eller avdekke hull i en sylinder som tillater luft å strømme derigjennom eller å stoppe en slik strøm avhengig av det ønskede vakuum. Selv om en slik vakuumregulator har vist seg å være meget tilfredsstillende og har mottatt bred kommersiell godkjennelse, er det et ønske å forbedre den ytterligere.

Andre ventiler er vist i US patent nr. 4 413 644,

4 390 036 og 4 466 455. US patent nr. 4 413 644 viser en ut-luftningsventil omfattende et stort antall ventiler etter hverandre for å regulere vakuumet i sugekasser og liknende.

US patent nr. 4 390 03 6 sørger for en vakuumregulator som benytter flere stempler,.hvor en har flere åpninger i sin innervegg som benytter en rullende skillevegg til å avstenge eller åpne for adgang til vakuumkilden og/eller atmosfæren for strupningsformål osv.

US patent nr. 4 466 455 angår en vakuumregulator som anvender et resiproserende stempel og fleksibel skillevegg som virker som en ventilmekanisme. Mens stemplet beveger seg en vei avstenger skilleveggen åpningen i stempleis side-vegg, og i den motsatte retning åpner den åpningen.

I situasjoner hvor det anvendes skillevegger for å dekke og avdekke hull i en strupemekanisme, benyttes det tunge skillevegger eller belgrammer (engelsk Bellowframs).

De tyngre skillevegger resulterer i mindre fleksibilitet og reaksjon med følgende høyere hysteirese. Videre er det ved visse anvendelser, særlig i papirfremstillingen, en mulighet for for-urensning av de nødvendige små hull som anvendes for strupning. Det er derfor ønskelig å tilveiebringe en vakuumregulator som

er fleksibel, følsom og unngår bruk av små åpninger som har mulighet for å bli fylt med forurensninger.

Det er derfor et hovedformål med oppfinnelsen å tilveiebringe en vakuumregulator som unngår bruk av tunge skillevegger og strupeåpninger som har små dimensjoner.

Det er et ytterligere formål å tilveiebringe en

slik regulator som er fleksibel og tilveiebringer redusert hysterese og hurtigere reaksjon.

Ifølge oppfinnelsen oppnås disse formål ved hjelp av

de karakteristiske trekk angitt i den kjennetegnende del av krav 1. Forskjellige utførelsesformer er angitt i de uselv-stendige krav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et snittriss av en vakuumregulator fra kjent teknikk, fig. 2 er et snittriss av en vakuumregulator omfattende teorien i den foreliggende oppfinnelse, fig. 3A er et forstørret delvis snittriss av en modifisert versjon av en vakuumregulator med dens stempel i en midtstilling, omfattende teorien i den foreliggende oppfinnelse, fig. 3B er et riss liknende fig. 3A, imidlertid med stemplet vist i en helt lukket stilling, fig. 3C er et riss liknende fig. 3A og 3B, imidlertid med stemplet vist i en helt åpen stilling-

Idet det særlig vises til fig. 2, er det vist en vakuumreguleringsventil eller regulator 10 som omfatter en sylindrisk ytre vegg 12 i hvilken det resiproserer et ventillegeme 14. Regulatoren 10 er forbundet med en vakuumkilde via kanalen 16 og f.eks. en separator, og regulerer eller styrer vakuumet ved sugekasser via kanalen 18.

Stempelenheten 14 omfatter to stempler av hvilke det første stempel 20 er større enn det andre stempel 22 forbundet av en stang 24 slik at stemplene 20 og 22 beveger seg samtidig etter hverandre. Hvert stempel 20 og 22 er forsynt med rullende skillevegger, hhv. øvre 26 og nedre 28, som avgrenser kammere 30 og 30A. Den nedre skillevegg 28 rider mellom stemplet 22 og en nedoverragende kontinuerlig hylse 34.

Stemplet 22 er anbragt ovenfor et sirkulært ventilsete eller ring 32 som, med stempel 22, tjener til å avgrense et kammer 36 som kanalen 16 står i forbindelse med.

Kammeret 30A kan ha atmosfærisk forbindelse med kammeret 30 som står i forbindelse med en kilde med regule-rings trykk via innløpet 38. Et økende trykk i kammeret 30 vil bidra til å løfte ventilenheten 14. Bunnen av det nedre stempel 22 utsettes for det styrte eller regulerte vakuum som bidrar til å trekke enheten nedover. Reguleringstrykksignalet ved 38 kan innstilles for å generere en kraft lik kraften som genereres av virkningen fra det ønskede styrte vakuum på bunnen 40 av det nedre stempel 22. Hele stempelenheten er fri til å bevege seg vertikalt til en beliggenhet hvor kreftene som er innblandet er i likevekt.

Strupning utføres ved bruk av et vertikalt vindu med konstant bredde og varierende høyde. Dette vil være den minste avstand mellom ventilsetet eller ringen 32 og bunnen 40 av stemplet 22. Stemplet 22 bør ikke tillates å bevege seg i en slik stor utstrekning at strupningspunktet strekker seg for-bi bunnen 40 av stempel 22 som ville tillate den høyere vakuumkilde å vandre under bunnen 40. Dersom det ville inntreffe, ville det føre til det uønskede resultat at vakuumkilden ville influere på reguleringen av stempelenheten 14.

Selv om det er vist et sylindrisk plant bunnstempel 22 hvor strupningen finner sted mellom ventilsetet 3 2 og kanten

42 av stemplet 22, kan det også anvendes andre for-

mer og størrelser av stemplene så lenge strupningssonen er styrt slik at vakuumkilden ikke vandrer for å influere på bevegelsen av stempelenheten 14. Anordninger såsom koniske stempler og koniske ventilseter kan også anvendes dersom de er pas-sende for formålet.

Idet det særlig vises til fig. 3A - 3C, er det

vist en noe forstørret vakuumregulatorventil 100 forbundet med en separator 102 via et stående rør 104. Det stående rør 104

er typisk forbundet med en sugekasse for anvendelse ved papir-fremstilling og en kilde med styrt eller regulert vakuum. Vakuumregulatoren 100 er også via en kanal 106 forbundet med en vakuumkilde eller vakuumsamletank. I tillegg er det benyttet en luftregulator 108 såsom den tilveiebragt av Albany International i deres AES-700 styresystemregulator, hvis funksjon skal omtales. Vakuumregulatoren 100 omfatter en balansestempelenhet 110 som benytter lufttrykk fra en regulator 108 til å mate en lavfrik-sjonsluftsylinder 112 som tjener til å motvirke eller bli til-passet kraften som virker mot ventillegemet 114,

av det styrte vakuum som også skal omtales. Luftsylinderen 112 omfatter et luftstempel 116 som resiproserer glidbart i en sylinder 118 som avgrenser to kammere, et øvre 120 og nedre 122. Kammeret 120 er et atmosfærisk trykk via porten 124 med kammere 122 forbundet med regulatoren 108 via porten 126, slik at den ønskede variasjon av trykket i kammeret 122 som reguleres av regulatoren 108 vil resultere i en kraft utøvet på stemp&éV 116 og tillate en variasjon av vakuumet som ønsket. Stemplet 116 er forbundet med ventillegemet 114 ved hjelp av en stang 128. Ventillegemet 114 utsettes for vertikal bevegelse innenfor en sylindrisk ventilvegg 130 ved dets øvre ende som avgrenser et kammer 132 som er ventilert med atmosfæren via porter 134.

Ved den nedre ende er det tilveiebragt en ventil-

ring eller sete 136 i hvilket ventillegemet 114 resiproserer. Kammeret 137 som er mellomliggende ventilveggen 130 og ventilringen 136 står i forbindelse med kanalen 106. Ventillegemets 114 stilling med hensyn til ventilringen avgrenser strømmen fra sugingen eller sugekassen og separatoren 104 gjennom ventilringen 136 og ut av siden av regulatoren 10 0 til vakuumsamletanken via kanalen 106. På fig. 3A er ventillegemets 114 stilling vist i sin midterste eller halvt åpne stilling. Bunnen av legemet 114 er forsynt med V-formede innskjæringer 13 9 omkring dets periferi gjennom hvilke strømmen passerer. Som tidligere nevnt kan det også benyttes andre formede ventillegemer pas-sende for formålet.

Fig. 3B viser ventillegemet 114 i den helt lukkede stilling slik at ingen strøm passerer, og fig. 3C viser legemet i en helt åpen stilling hvor det eksisterer maksimal luftstrøm.

Grunnoperasjonen for regulatoren 100 er som følger. Regulatoren 108 brukes i forbindelse med luftsylinderen 112 for å motvirke kraften som virker mot ventillegemet 114 eller på annen måte innstiller sin stilling for å variere vakuumet som tilveiebringes. Kraften nedover som virker mot legemet 114 er på grunn av trykkdifferansen over det med atmosfærisk trykk på toppen i kammeret 120 og det styrte og regulerte vakuum på bunnen i kanalen 140 forbundet med det stående rør 104.

For å heve vakuumnivået ved det stående rør 10 4 og

å vende nivået ved sugekassen, økes lufttrykket til kammeret 122 som øker kraften oppover som virker på stemplet 116 og igjen ventillegemet 114. Med denne store kraft beveger ventillegemet 114 seg oppover og øker de avdekkede åpne arealer av V-inn-skjæringene, som reduserer trykkforskjellen over legemet 114 som resulterer i et større vakuum ved det stående rør, Ventillegemet 114 beveger seg oppover inntil kreftene nedover virker på det, på grunn av det styrte vakuum, som er likt kraften oppover tilveiebrakt av luftsylinderen 112.

Det omvendte er også mulig, å senke vakuumet ved en gitt anvendelse, hvor lufttrykket forsynt til kammeret 122 gjøres mindre.

Idet det vises til fig. 3B skal kreftene som inn-blandes under driften av innretningen forklares. Det skal be-merkes at de respektive kamre er merket med P for trykk med suksessive numre og A for arealer.

Nedovervirkende krefter er som følger:

Likning 1: P-jA^ + P3 A2 + vekt av (stempelenhet (stempel 116 og stang 128) + ventillegeme 114)

Bemerk: P^ = P^ = Ag

Oppover virkende krefter

Likning 2:

<P>2 Ax <+><P>5<A>3<=> P2 Ax +A3(<P>x - PVAC)

Bemerk: P5 = atmosfærisk trykk - vakuumtrykk.

Når enheten er i drift, må kreftene være i balanse.

Derfor, likning 3:

Pl Al + Pl A2 + vekter =P2 A^ + A3 (Px - PyAC)

Ifølge likning 3, har samletankvakuumet P^ ingen del i driften av regulatoren. Dette er viktig fordi det styrte eller regulerte vakuum ville variere dersom samletankvakuumet forandret seg.

For å beregne hvilket lufttrykk som trengs for et gitt styrt eller regulert vakuum, antas følgende: P, = 14.7 psia eller 15 psia (1,0 bar abs. eller 1,03 bar abs.)

P2 reguleringstrykk

Al <=> Jl_ (6) 2 = 28.3 in.<2> (182,5 cm<2>) for en luftsylinder med

4 diameter på. 6" (15,2 cm)

<A>2 <=> 71 (8.5)<2> = 56.7 in.<2> (365,7 cm<2>) forden luftsylinder med

4 diameter på 8,5" (21,6 cm)

<A>3 <=> 71 (8.0)<2> = 50.2 in.<2> (323,8 cm<2>) for en luftsylinder med

4 diameter på 8,0 (20,3 cm)

An:ta . at vekten av stempelenheten (WTS) som omfatte stemplene 116 og forbindelsesstangen 128 (3 Ibs.) (1,36 kg) og ventillegemet eller stemplet 114 (5 Ibs.) (2,27 kg) = 8 Ibs.

(3,63 kg).

Det styrte vakuum =5 Hg eller 2,5 A psi.

(0,172 A bar)

derfor,

<P>5 <=> P^^ - PVAC = 15 - 2,5 = 12,5 psia (0,861 bar abs.) For å beregne lufttrykket som kreves fra regulatoren 108 for å holde ventilen i balanse, finnes systemkreftene fra likning 3: Pl °9 A2 + Pl A2 + WTS " P2 Al + <A>3 (<P>1" Pvac}

eller

15 x 28, 3 + 15 x 56,7 + 8 = P2 x. 28,3 + 50,2 (15 -2,5)

424,5 + 850 + 8 = 28,3 P2 + 627,5

P, = 23,1 psia (1,592 bar abs.) eller 8,1 psig. (0,558bar) Anta at det styrte vakuum varierer fra dets 5 Hg settpunkt med - l/ l" A Hg eller 0,25 A psi (0,0172 A bar). Den omgjorte eller ubalanserte kraft på ventilen kan bestemmes som følger: Med alle tall som før med unntak av P^, som nå blir 15 - 2,25 eller 12,75 psia (0,878 bar abs.) for et styrt vakuum på 4,5" Hg (0,155 bar).

Ved å vende tilbake til likning 3 kan den ubalanserte eller korrigerende kraft beregnes som følger:

Pl Al + P2 A2 + WTS + F = P2 Ax + A3 <PX - PVAC)

15 x 28,3 + 15 x 56,7 + 8 + F = 23,1 x 28,3 + 50,2 (15 - 2,25) F = 1293,7 - 1282,5 = 11,2 Ibs. (5,080 kg)

Den ubalanserte eller korrigerende kraft virker oppover med en kraft på 11,2 Ibs. (5,080 kg) som skyver ventillegemet 114 oppover for å tillate større åpent areal for der-ved å forsøke å- få vakuumet tilbake til dets styrte vakuum på

.5" .Hg (0,172 bar)..

Bemerk: For å beregne den korrigerende kraft, må man først anta at det var en lik, men motsatt kraft F tilført for å holde ventilen i balanse.

Claims (5)

1. Vakuumregulator (10; 100) med et hus tilknyttet av en første kanal (16; 106) til en vakuumkilde og med en styrt vakuum utløpskanal (18; 104 for å generere et styrt vakuum, en balansestempelinnretning (20; 116) anbrakt i huset og resiproserende deri, og et ventillegeme (22; 114) forbundet med balansestempelinnretningen (20; 116) hvor en bevegelse av balansestempelinnretningen bevirker en tilsvarende bevegelse av ventillegemet (22; 114), KARAKTERISERT VED at balansestempelinnretningen (20; 116) er en første stempelinnretning (20; 116) resiproserende i et kammer (30, 30A; 120, 122) og følsom for et reguleringstrykk i kammeret som regulerer bevegelsen av balansestempelinnretningen (20; 116) deri, vakuumregulatoren (10; 100) har et ventilsete (32; 136) anbrakt mellom vakuumkilden og det styrte vakuum, hvor ventilsetet (32; 136) er innrettet til å oppta ventillegemet (22; 114) som er resiproserende med hensyn dertil mellom en helt åpen stilling og en helt lukket stilling for på den måten å regulere omfanget av vakuum tilveiebrakt av vakuumkilden til det styrte vakuum, og hvor strupning av vakuumkilden med hensyn til det styrte vakuum skjer mellom ventillegemet (22;

114) og ventilsetet (32; 136) på en slik måte at vakuumkilden ikke har innflytelse på bevegelsen av ventillegemet (22; 114) mellom nevnte stillinger for strupningsformål.

2. Vakuumregulator ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at ventilsetet er en ringdel (136) som har en åpning deri for å oppta ventillegemet (114), idet ventillegemet (114) har et nedre kantparti innkoblingsbart med nevnte åpning og strupningen skjer over et vertikalt vindu (138) med variabel høyde dannet mellom det nedre kantparti og ringdelen (136).

3. Vakuumregulator ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at ventilsetet er en ringdel (136) som har en åpning deri for å oppta ventillegemet (114), idet ventillegemet (114) har et nedre parti som er innkoblingsbart med nevnte åpning og har et stort antall V-formede innskjæringer (138) deri, og nevnte strupning skjer over et rom dannet mellom det nedre parti av ventillegemet (114) og ringdelen (136).

4. Vakuumregulator ifølge krav 2 eller 3, KARAKTERISERT VED at balansestempelinnretningen omfatter en luftsylinder (120, 122) med lav friksjon som har minst et luftstempel (116) forbundet med ventillegemet (114) ved hjelp av en stempelstang (128), og midler for å regulere bevegelsen av luftstempelet (116) ved regulering av trykkforskjellen derover for på den måten å bevirke den ønskede strupning av ventillegemet (114).

5. Vakuumregulator ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at den omfatter tilbakekoblingsmidler (108) forbundet mellom balansestempelinnretningen (116) og det styrte vakuum for å tilbakekoble trykkforandringer i det styrte vakuum for å regulere driften av balansestempelinnretningen (116) for på den måten å tilveiebringe en selvkorrigering derav.