NO309997B1 - Automatisk resirkuleringsventil - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører automatiske resirkuleringsventiler og nærmere bestemt resirkuleringsventiler rettet mot å regulere omløp av resirkuleringsstrømning i sentrifugalpumpe-systemer, som angitt i innledningen til patentkrav 1.

Resirkuleringsventiler blir ofte benyttet i sentrifugalpumpeapplikasjoner for å hindre overoppheting av pumpen og vedlikeholde hydraulisk stabilitet. Overoppheting av pumpen skyldes overføring av varmeenergi skapt av pumpen til fluidet som strømmer gjennom den. Under vanlige driftsbetingelser (vanligvis nedstrøms krav for det pumpe-de fluid) i et korrekt beregnet system, er det tilstrekkelig strømning gjennom pumpen til å absorbere og transportere bort den overførte varme og dermed hindre overoppvarming. Under perioder av lave strømningskrav absorberer imidlertid det langsommere beve-gende eller til og med stagnerende fluid en mye større varmemengde under dets opp-holdstid i pumpen, som fører til en betraktelig økning i temperaturen i fluidet i denne. Etterhvert som temperaturen i fluidet inne i pumpen øker, øker dens vanndampstrykk som fører til kavitering som kan skade pumpeimpelleren og huset.

Lavere strømningsbetingelser kan også føre til et fenomen som klassisk er kjent som innvendig resirkulering. Under lave strømningsbetingelser kan hydrauliske anomaliteter skje inne i pumpen. Disse uregelmessigheter er fluidreaksjoner på den mindre enn opti-male indre geometri av pumpen ved lave strømningsmengder og blir generelt initiert i det området hvor fluidet forlater impelleren nær pumpehusets utgang. Dette fenomen, kjent som indre resirkulering, fører til kavitasjon som kan skade pumpeimpelleren.

Resirkuleringsvantiler hindrer overoppheting av pumpen og opprettholder hydraulisk stabilitet ved å tilveiebringe en sekundær bane gjennom hvilken pumpen kan opprett-holde en tilstrekkelig fluidstrømning under perioder med lavt nedstrøms strømningsbe-hov. En vanlig anvendt type resirkuleirngsventil er en modulerende strømningsventil som vist i US-patent nr. 4095611, US-patent nr. 4941502 og US-patent nr. 5333638. Disse patenter viser ventiler som har et innløp, et hovedutløp, et resirkuleirngsutløp, et hovedstrørrmingselement og et omløpselement med slissede åpninger. Slike ventiler befinner seg nedstrøms av pumpen. Fluid entrer ventilen fra pumpen gjennom innløpet og utgår fra ventilen gjennom hovedutløpet for å tilfredsstille nedstrømsbehovet. Resir-kuleringsutløpet er forbundet til en sekundær fluidbane slik som et lavtrykksreservoar eller pumpeinnløpet hvortil fluidet blir ledet under perioder med lavt strømningsbehov i hovedutløpet.

Hovedventilelementet avføler strømningsmengden mellom ventilinnløpet og hovedutlø-pet. Under perioder med normalt nedstrøms behov bevirker en trykkforskjell over hovedventilelementet at ventilelementet åpner og tillater strømning til hovedutløpet, mens det samtidig forårsaker at omløpsventilelementet lukker og hindrer fluidstrørnning til resirkuleringsutløpet. Motsatt, under intervaller med lave nedstrøms behov returnerer hovedventilelelementet til en lukket stilling (i seteanlegg), som dermed åpner bypas-selementet og tillater strømning gjennom resirkuleirngsutløpet til den sekundære bane. I tillegg tjener hovedventilelementet, når i seteanlegg, som en tilbakeslagsventil som hindrer reversert dreining av pumpeimpelleren når pumpen er avstengt.

Med forbedrede sentrifugalpumpekonstruksjoner har det blitt økende nødvendig å ha en større resirkuleringsstrømning. Med det økende behov for større mengder med resirkule-ringsstrømning, har det blitt nødvendig å beskytte resirkuleringsventilen og resirkule-ringsrørsystemet fra kavitasjon og annen skade som kan forårsakes av den mer reakse turbulente strømning.

Følgelig er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret resirkuleringsventil.

Et annet formål er å tilveiebringe en resirkuleirngsventil med en jevnere virkende by-passventilkonstruksjon.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en resirkuleirngsventil der fluidstrømmen gjennom bypassen eller omløpet og inn i omløpet eller resirkuleirngsrør-systemet blir styrt til å tilveiebringe mer pålitelig ytelse og beskytte omløpsventilen og rørsystemet fra skade.

Ytterligere formål, fordeler og nye trekk ved oppfinnelsen vil bli gitt tildels i beskrivel-sen som følger, og vil til dels fremstå for fagmannen ved en studie av det etterfølgende eller kan læres ved utøvelse av oppfinnelsen. Formålene og fordelene med oppfinnelsen kan realiseres og oppnås ved hjelp av instrumenteringer og kombinasjoner spesielt på-pekt i de vedlagte krav.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedret automatisk resirkuleringsventil for beskyttelse av en sentrifugalpumpe fra skade på grunn av overoppvarming eller u-stabiliteter i det hydrauliske fluid, og den er kjennetegnet ved de i karakteristikken til patentkrav 1 angitte trekk.

Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkravene.

Oppfinnelsen omfatter således en ventil med et innløp, et hovedutløp, et resirkulerings-utløp, et hovedventilelement som reagerer på strømning mellom innløpet og hovedutlø-pet, og et omløpselement som reagerer på hovedventilelementet for å regulere fluidstrømningen mellom innløpet og resirkuleringsutløpet. Omløpselementet innbefatter en omløpsbøssing og omløpsadapter gjennom hvilket resirkuleirngsfluid strømmer. Bøssingen er utformet til å beskytte innsiden av resirkuleringsventilen fra skade og omløpsadaptere retter strømningen av resirkuleirngsfluid inn i resirkuleringsrørsystemet med en virvlende bevegelse for å hindre skade på rørsystemet ved kavitasjon for å tilveiebringe en forbedret resirkuleirngsventil.

Den foranstående oppsummering, såvel som den følgende detaljerte beskrivelse vil bed-re forstås når den leses sammen med de vedlagte figurer. For det formål av å illustrere oppfinnelsen er det vist i tegningene en utførelse som for tiden er foretrukket, hvor det imidlertid skal forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til det nøyaktige arrangement og instrumenteringer som er vist. Fig. 1 viser et snittriss av en resirkuleirngsventil i samsvar med oppfinnelsen som viser den lukkede stilling av hovedventilelementet og den helt åpne stilling av omløpsele-mentet; Fig. 2 viser et snittriss gjennom en modifisert form av omløpsadaptere ifølge den foreliggende oppfinnelse; og Fig. 3 viser et planriss av omløpsadaptere som viser de virvlende vinger montert i by-passadaptere.

Den automatiske resirkuleringsventil beskrevet her er en modifikasjon av den automatiske resirkuleirngsventil beskrevet og omsøkt i søkers tidligere US-patent nr. 5333638, hvis beskrivelse inngår hermed som referanse.

Det vises til tegningen hvor det er vist i fig. 1 en modulerende resirkulering styreventil 10 i samsvar med oppfinnelsen, omfattende et hovedhus 12 og lokkelement 14 festet til hovedlegemet 12. Lokkelementet 14 kan festes til hoveddelen 12 med hvilke som helst egnede innretninger, innbefattende gjenget, skrudd eller boltet forbindelse. Resirkuleringsventilen 10 har et innløp 16 som er forbundet til nedstrømssiden av en sentrifugalpumpe for å motta pumpet fluid, et hovedutløp 18 hvorigjennom fluidet strømmer til kilden for nedstrøms pumpebehov, og resirkuleirngsutløpet 20 hvorigjennom pumpet fluid ledes under perioder med lavt nedstrøms pumpebehov til et lavtrykksreservoar eller returneres til pumpeinnløpet. Flensforbindelser er vist for innløpet og to utløp, imidlertid kan en hvilken som helst egnet rørforbindelsesinnretning bli benyttet.

Forløpende mellom innløpet 16 og hovedutløpet 18 er en hovedstrømningspassasje 22 omfattende en lavere hovedstrømningspassasje 24 og en øvre strømningspassasje 26 delt av et hovedventilelement 28 som beskrevet nedenfor. Omløpspassasjen 30 går fra den nedre passasje 24 til resirkuleirngsutløpet 20 og er adskilt fra den nedre strømnings-passasje 24 med omløpsventilelementet 32 som beskrevet nedenfor.

Regulering av resirkuleringsstrømmen skjer med de indre ventileelementer innbefattende hovedventilelementet 28 plassert inne i fluidkanalen 22 og som beveger seg med reaksjon på fluidstrømmen gjennom denne, og omløpselementet 32 plassert for å styre fluidstrømmen mellom den nedre hovedstrømkanal 24 og resirkuleirngskanalen 30 som svar på bevegelse av hovedventilelementet 28.

Hovedventilelementet 28 omfatter en sirkulær ventilskive 34 med en nedre tetningsflate for tetning av hovedventilelementet 28 mot et ventilsete 40 når hovedventilelementet er i helt lukket stilling. Setet 40, som illustrert, er tildannet som en del av hovedventilhuset 12, men kan også omfatte et separat utskiftbart seteelement.

Festet til og bevegelig med hovedventilelementet 28 er omløpsventilelementet 32 som omfatter en sylindrisk aksel 42. Akselen 42 er innsatt inne i den nedre hovedpassasje 24 langs det vertikale senter for ventilen 10. Akselen 42 omfatter to hule kammere, et nedre akselkammer 46 og et øvre akselkammer 48 adskilt av en vegg 50 og forseglet i sin motsatte ender. Det nedre akselkammer 46 kommuniserer med den nedre hovedpassasje 24 gjennom slissede åpninger 52a, og med resirkuleringskanalen 30 gjennom den sir-kulære åpning 52b. Likeledes, skjønt omvendt, kommuniserer det øvre akselkammer 48 med den nedre hovedkanal 24 gjennom en sirkulær åpning 54b, og med resirkuleringskanalen gjennom de spaltede åpninger 54a.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse styrer en aksel-ledebøssing 56 og et om-løpsadapter 58 respektivt og leder fluidstrømmen som passerer gjennom omløpsventilen inn i resirkuleringsrørledningen (ikke vist), hvilken rørledning ville ha en innvendig diameter konsentrisk med og stort sett lik med eller større i diameter enn omløpsutløpet 20 fra omløpsadaptere 58.

På fig. 1 er akselføringsbøssingen 56 festet i et sentralt nav 60 utformet i et stykke med ventilhuset. Akselledebøssingen er av stort sett sylindrisk form med et sentralt fluidomløpskammer 62 som omgir omløpsventilakselen 42 og en utløpsåpning 64 som vender mot omløpsutløpet 28. Øvre og nedre bøssingflater 66 og 68 respektivt omgir tett omløpsventilakselen 42 for å lede bevegelsen av hovedventilen og omløpsventilen. En holdering 70 og fjærskive 72 fester akselledebøssingen 56 til navet 60.

Omløpsadaptere 58 er festet inne i omløpsutløpet av en holdeskrue 74. Dette adapter 58 er også av hulsylindrisk form med sin indre overflate dannende en del av omløpspassa-sjen 30. Den indre ende av adaptere 58 kan konturutformes til nært å omslutte og tette mot ledebøssingens utløp 64.1 den fremre ende av adaptere er det anordnet en serie heliske vinger 76 for å tildele en hurtig virvlende bevegelse på omløpsfluidet som utgår fra omløpsutløpet 20. Denne virvlende bevegelse av fluidet beskytter nedstrømsrørsystemet fra kavitering og erosjon ved å hindre eventuelle innfangede gassbobler fra å støte mot den indre overflate av nedstrømsrøret. Fortrinnsvis er akselledebøssingen 56 og om-løpsadaptere 58 utformet av rustfritt stål slik som ASTM A564 type 630 og ASTM A276 type 316 respektivt for å motstå skade fra den resirkulerende fluidstrømning.

Fig. 2 og 3 viser en modifisert form av et omløpsadapter 58a. Dette adapter avslutter i ventilhuset like før bøssinginnsatsen 56 med et utbuende innløp 58b for å motta resirkuleringsfluidet. Vinger 76a er dannet som en adskilt innsats. I den viste utførelsen innbefatter innsatsen fire vinger, hver av disse avslutter diametralt av bøssinginnsatsen i

både den indre og ytre ende av innsatsen. Hver vinge er helisk med kanten av vingebladet ved utgangen fra innsatsen fremført 90° fra kanten av vingebladet ved inngangen for innsatsen, Dette tildeler en hurtig virvlende bevegelse på resirkuleirngsfluidet som passerer over vingen. Vingene er festet inne i innsatsen, f.eks. ved heftsveising i den føren-de og bakre kant av hvert vingeblad.

Vertikal bevegelse av omløpselementet 32 blir styrt ved bevegelsen av hovedventilelementet 28 hvortil omløpselementet 32 er festet. Hovedventilelementet 28 kan bevege seg mellom sin helt lukkede stilling hvorved tetningsflaten er i anlegg mot ventilsetet 40 og dens helt åpne stilling hvorved den øvre flate 36 nærmer seg eller ligger an mot lokknavet 78 innsatt i den øvre hovedkanal 26 og festet til lokkdelen 14. Som vist er lokknavet 76 utformet som del av lokkbiten 14.

En helisk fjær 80 som er forbundet i en ende til lokknavet 76 og i den andre ende til hovedventilelementet 28, er i sammentrykket stilling for å tvinge hovedventilelementet 28 til helt lukket stilling.

Karakteirstikkene og ytelsen til ventilen 10 kan endres for å imøtekomme bestemte krav for hver applikasjon. En ringformet ventilinnsats (ikke vist) kan tilføyes for å endre av-standen mellom ventilskiven 34 og den indre vegg av ventilhuset 12 gjennom hvilket fluid strømmer. Dette styrer bevegelsen til ventilelementet 28 i forhold til fluidstrøm-ningsgraden forbi ventilelementet 28. Innsatsen kan utformes for spesielle krav og kan tilvirkes av et hvilket som helst egnet materiale slik som platemetall. Ventilen 10 kan også dimensjoneres for et bestemt fluidtrykk og/eller strømningsmengde i resirkuleringskanalen 30 ved å modifisere diameteren til utløpet fra omløpsadaptere 58.

Claims (6)

1. Automatisk resirkuleirngsventil (10) for å avføle fluidstrømningen gjennom denne og sørge for strømning av resirkuleirngsfluid, omfattende: et ventilhus (12) og et integrert sentralt nav (60) inne i ventilhuset; en omløpskanal (30) inne i ventilhuset gjennom hvilken resirkuleirngsfluid passerer; et innløp (16) i ventilhuset (12); et hovedutløp (18) i ventilhuset; et resirkuleringsutløp (20) i ventilhuset; et hovedventilelement (28) som reagerer på fluidstrømning mellom innløpet og hovedutløpet, karakterisert ved et omløpsventilelement (32) som reagerer på bevegelse av hovedventilelementet (28) for å regulere strømningen av resirkuleirngsfluid mellom innløpet og resirkuleringsutløpet; en omløpsventilspindel gjennom hvilken resirkuleringsfluidet strømmer inn i omløpskanalen, hvilken omløpsventilspindel passerer gjennom navet; en akselledebøssing (56) festet inne i det sentrale navet (60) som omgir ventilspindelen; et kammer (62) inne i akselledebøssingen (56) i hvilken resirkulerings-fluid strømmer fra ventilspindelen; akselledebøssingkammeret (62) har en utløpsåpning; et hult stort sett sylindrisk omløpsadapter (58, 58a) med første og andre åpne endepartier med fluidkommunikasjon mellom dem, omløpsadaptere (58, 58a) er festet inne i re-sirkuleringsutløpet (20) og omgir og er tettende mot ledebøssingens utløp, det første endeparti av adaptere står i fluidkommunikasjon med akselledebøssingens (62) ut-løpsåpning og det andre endeparti av denne i resirkuleringsutløpet; og vinger (76, 76a) anordnet inne i det andre endeparti av omløpsadaptere (58, 58a) for å tildele en virvlende bevegelse til resirkuleringsfluidet når det forlater resirkuleringsutløpet.

2. Automatisk resirkuleirngsventil ifølge krav 1, karakterisert v e d at vingene (76, 76a) er heliske.

3. Automatisk resirkuleirngsventil ifølge krav 1, karakterisert ved at akselledebøssingen (56) har motsatte endepartier som vender mot innløpet og hovedutløpet respektivt og veggelementer i de motsatte endepartier som hindrer fluidstrømning inn i og ut av akselledebøssingkammeret (62) gjennom nevnte motsatte endepartier.

4. Automatisk resirkuleirngsventil ifølge krav 3, karakterisert ved at de motsatte veggelementer tilveiebringer bøssingflater (66, 68) som omgir omløpsventilakselen (42) for å lede bevegelse av omløpsventilen.

5. Automatisk resirkuleirngsventil ifølge krav 4, karakterisert v e d at vingene (76, 76a) er anordnet inne i det andre endeparti av omløpsadaptere (58, 58a) for å tildele en virvlende bevegelse til resirkuleirngsfluidet når det forlater resirkuleringsutløpet.

6. Automatisk resirkuleirngsventil ifølge krav 5, karakterisert v e d at vingene er heliske.