NO319627B1 - Konstantstrømventil - Google Patents

Description

KONSTANTSTRØMVENTIL

Denne oppfinnelse vedrører en konstantstrømventil. Nærmere bestemt dreier det seg om en konstantstrømventil som er innrettet til å kunne levere en i hovedsak konstant volumstrøm uten i nevneverdig grad å influeres av for eksempel forand-ring i trykk mellom kontantstrømventilens innløp og utløp. Konstantstrømventilen er særlig egnet for, men ikke begrenset til, dosering av et kjemikalie med en relativt liten volum-strøm inn i en større fluidvolumstrøm.

Konstantstrømventiler ifølge kjent teknikk anvendes på en rekke områder for å sikre at en fluidstrøm forblir konstant selv om det forekommer variasjon i for eksempel det strøm-mende fluids trykk, temperatur og viskositet.

Et kjent prinsipp for en konstantstrømventils virkemåte inne-bærer at det strømmende fluid ledes gjennom to seriekoplede strupninger. Trykkfallet over den første strupning holdes konstant ved at trykkfallet over den andre strupningen reguleres i forhold til variasjoner i totaltrykkfallet over kon-stantstrømventilen. Ved dette arbeidsprinsipp må denne andre strupning også reguleres for å justere gjennomstrømningsmeng-den. En større gjennomstrømningsmengde i en konstantstrøm-ventil av denne art betinger et øket trykkfall over den

første strupning.

US patent 5 494 07 0 beskriver en konstantstrømventil av en slik konstruksjon. Den første strupning befinner seg i et forskyvbart tettende stempel hvor fluidets inngående trykk virker på stemplets ene side og en fjær spenner mot stemplets motstående side. Fluidtrykket fra det fluid som har strømmet gjennom den første strupning virker også på stemplets fjaerside. Et ventillegeme er koplet til stemplet og korresponderer med et ventilsete i konstantstrømventilens hus. Ventillegemet og ventilsetet utgjør sammen den andre strupning.

Ifølge US 5 494 070 reguleres gjennomstrømningsmengden ved at ventillegemet forskyves i forhold til stemplet, hvorved den andre strupning åpner ved en endret kraft fra fjæren.

I en annen utførelsesform, se US patent 4 893 649, forskyves ventilsetet i forhold til huset for å kunne endre gjennom-strømningsmengden .

I en ytterligere utførelsesform ifølge US patent 5234025 ut-gjøres den andre strupning og også stemplets anslag av en konisk flate.

WO dokument 96/31816 omhandler en konstantstrømventil som er forsynt med en første regulerbar strupning og hvor den andre regulerbare strupning utgjøres av radielle åpninger i et rør hvor åpningene frilegges i forhold til gjennomstrømningsbe-hov.

Grunnet de relativt store kontaktkrefter som forekommer mellom ventillegemet og ventilsetet utformes den ene eller begge disse komponenter i et keramisk materiale. Keramiske materia-ler er ømfintlige for slag, og det har vist seg å være nød-vendig å anordne en dempefjær mellom ventillegemet og stemplet for å forhindre at den andre strupning skades. Konstant-strømventilene ifølge begge de først nevnte US patenter er forsynt med en slik dempefjær.

Ved konstantstrømventiler av denne art er det således to fjærer som er seriekoplet mellom huset og ventillegemet. En slik kopling kan medføre redusert stabilitet i ventilen og derved uønskede fluktuasjoner i gjennomstrømningsmengden.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller i det minste redusere en eller flere av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Konstantstrømventilens første strupning utgjøres ifølge oppfinnelsen av en første regulerbar strupeventil som fortrinnsvis befinner seg i konstantstrømventilens hus og ikke i kon-stantstrømventilens stempel slik det er vanlig ifølge kjent teknikk.

Dette trekk medfører at den første strupeventils gjennom-strømningsareal relativt enkelt kan reguleres. Trykkfallet kan således opprettholdes i hovedsak konstant over den første strupning selv om ønsket gjennomstrømningsvolum stilles om.

Konstantstrømventilens ventillegeme, som er løsbart forbundet til konstantstrømventilens stempel, er forsynt med et strøm-ningsregulerende parti som komplementært passer i konstant-strømventilens ventilhylse. Det strømningsregulererende parti er utformet med en mindre dimensjon en ventilhylsens korresponderende åpning. Det forekommer således bare ubetydelig mekanisk kontakt mellom det strømningsregulerende parti og ventilhylsen.

Det er anordnet en kontaktflate som er innrettet til å kunne ta opp kontaktkrefter mellom stemplet og huset når den andre strupning befinner seg i lukket stilling. Kontaktflaten kan utgjøre en del av ventillegemet, respektive ventilhylsen.

Ved utformingen ifølge oppfinnelsen utsettes de strømnings-regulerende partier til den andre strupning bare for ubetyde-lige krefter idet kontaktflatene opptar kreftene som oppstår når konstantstrømventilen lukker hurtig.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en konstantstrømventil hvor den andre strupning er åpen; Fig. 2 viser konstantstrømventilen i fig. 1 i lukket stilling; Fig. 3 viser i større målestokk den andre strupning i åpen stilling; Fig. 4 viser det samme som i fig. 3, men her er ventillegemet forskjøvet til en noe strupende stilling; Fig. 5 viser det samme som i fig. 4, men her er ventillegemet forskjøvet til stengt stilling; og Fig. 6 viser det samme som i fig. 5, men her er ventillegemet forskjøvet slik at kontaktflatene ligger an mot hverandre.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en konstantstrøm-ventil omfattende et hus 2, et stempel 4, en første strupning 6 og en andre strupning 8.

Huset 2 omfatter en sylinderdel 10 og et lokk 12 hvor lokket 12 er forbundet til sylinderdelen 10 ved hjelp av ikke viste boltforbindelser.

Sylinderdelen 10 er fra sitt mot lokket 12 vennende parti forsynt med en aksial boring 16 som rager inn til en bryst-ning 18. En gjennomgående hylseboring 20 forløper konsentrisk med boringen 16 fra brystningen 18. Hylseboringen 20 er forsynt med innvendige gjenger 22.

Et sylindrisk parti 24 av lokket 12 rager tettende, ved hjelp av en pakning 26, inn i boringen 16. Boringen 16 utgjør, mellom det sylindriske parti 24 og brystningen 18, en sylinder for stemplet 4.

Fra konstantstrømventilens 1 innløp 28 som befinner seg i lokket 12, forløper en innløpsboring 30 til den første strupning 6. Innløpsboringen 30 kommuniserer med boringen 16 på stemplets 4 mot lokket 12 sin vennende side via en forbindel-sesboring 32.

Den første strupning 6 omfatter en første strupeboring 34 og en korresponderende strupekjegle 36. Strupekjeglen 36 rager forskyvbart inn i den første strupeboring 34 ved at strupekjeglen 36 utgjør et endeparti av en nanoskrues 38 spindel 40. Nanoskruen 38, som er av i og for seg kjent utførelse, er innrettet til repeterbart å kunne forskyve spindelen 40 i aksial retning. Nanoskruen 38 er forbundet til lokket 12 ved hjelp av gjenger 42.

Den første strupnings 6 gjennomstrømningsareal reguleres ved å forskyve strupekjeglen 36 ved hjelp av nanoskruen 38 i strupeboringen 34.

En første mellomkanal 44 i lokket 12 samt en andre mellomkanal 46 og en tredje mellomkanal 48 i sylinderdelen 10 for-binder den første strupning med hylseboringen 20. En pakning omkranser tettende den første og den andre mellomkanal 44, 46 mellom sylinderdelen 10 og lokket 12.

Den tredje mellomkanal 48 munner ut i hylseboringen 20 i mel-lomrommet mellom brystningen 18 og gjengene 22, og er tilord-net en plugg 52 som kan fjernes dersom måleutstyr skal til-koples den tredje mellomkanal 48.

Stemplet 4, som ved hjelp av en tetning 54 er tettende forskyvbart anordnet i boringen 16, er forsynt med et ventillegeme 56 i sitt fra lokket 12 vennende parti.

En f jaer eller f jærpakke 58 spenner mellom brystningen 18 og stemplet 4.

En ventilhylse 60 er skrudd tettende, ved hjelp av en pakning 62, inn i hylseboringens 20 gjenger 22 og korresponderer med ventillegemet 56.

Ventilhylsen 60 er utformet med en sentrisk aksial gjennomgående andre strupeboring 64 som kommuniserer med konstant-strømventilens 1 utløp 66.

Ved sitt mot ventillegemet 56 vennende parti er strupeboringen 64 forsynt med en avfasing 68, se fig. 3. Ventilhylsens 56 endeareal som omkranser avfasingen 68 utgjør en første fortrinnsvis opprillet kontaktflate 70 for en korresponderende andre kontaktflate 72 på ventillegemet 56.

Ventillegemet 56 er forsynt med en strupedel 74 som rager sentrisk ut fra ventillegemet 56 i retning mot ventilhylsen 60.

Strupedelen 74 er tildelt en utvendig diameter som er noe mindre enn den andre strupeborings 64 diameter. Strupedelen 74 er innrettet til å kunne forskyves inn i den andre strupeboringen 64 uten at det oppstår mekanisk kontakt av betydning mellom strupedelen 74 og den andre strupeboring 64.

Ved sitt utragende endeparti er strupedelen 74 forsynt med et konisk parti 76.

Stemplets 4 relative aksielle posisjon er således bestemmende for den andre strupnings 8 åpning.

Fluidtrykket på den første strupnings 6 oppstrømsside virker som nevnt via forbindelseskanalen 32 på stemplets 4 mot lokket vennende side. Fluidtrykket på den første strupnings ned-strømsside virker via mellomkanalene 44, 46, og 48 samt hylseboringen 20 på stemplets 4 motstående side sammen med kraften fra fjæren 58.

Kraften fra fjæren 58 søker å forskyve stemplet 4 i retning mot lokket 12, mens den resulterende kraft fra trykkfallet over den første strupning 6 søker å forskyve stemplet 4 i motsatt retning. Trykkfallet og derved volumstrømmen gjennom konstantstrømventilen 1 ved en gitt innstilling av den første strupning 6 er således i hovedsak avhengig av forholdet mellom fjærkraften fra fjæren 58 og arealet av stemplet 4.

Når fluid først tilføres konstantstrømventilens 1 innløp 20 under trykk, se fig. 1 og 3, er stemplet 58 med ventillegemet 56 forskjøvet til en posisjon mot lokket 12. Den andre strupning 8 er således åpen.

Det innstrømmende fluid strømmer umiddelbart gjennom innløps-boringen 30 og forbindelsesboringen 32 til boringen 16. Stemplet 4 med ventillegemet 56 forskyves derved relativt raskt mot ventilhylsen 60 til de to kontaktflatene 70 og 72 ligger an mot hverandre, se fig 2 og 6. Den andre strupning

er derved stengt.

Etter hvert som fluid strømmer gjennom den første strupning 6 og videre gjennom mellomkanalene 44, 46 og 48 samt hylsekana-len 20, bygger det seg opp et fluidtrykk på stemplets 4 mot ventilhylsen 60 sin vennende side. Denne kraft sammen med kraften fra fjæren 58 vil etter relativt kort tid overvinne kraften fra fluidtrykket på stemplets 4 mot lokket 12 sin vennende side og forskyve stemplet 4 og ventillegemet 56 noe i retning bort fra ventilhylsen 60, se fig. 4. Fluid kan nå strømme ut gjennom ventilhylsens 60 andre strupeboring 64 og til utløpet 66. Fluidtrykket på stemplets 4 fjærside reduse-res derved, og stemplet 4 og ventillegemet 56 forskyves i retning mot ventilhylsen 60, se fig. 5. I denne stilling, hvor det koniske partis 76 største diameter korresponderer med overgangen mellom avfasingen 68 og den andre strupeboring 64, er den andre strupning 8 praktisk talt stengt. Fluidtrykket mot stemplets 4 fjærside stiger derved.

Innen relativt kort tid stabiliserer konstantstrømventilen 1 trykkfallet over den første strupning 6 ved at den andre strupnings 8 trykkfall automatisk innjusteres som beskrevet ovenfor. Eventuelle endringer i det totale trykkfall over konstantstrømventilen 1 hvor trykkfallet for eksempel kan ha sin årsak i en trykkforandring i utløpet 66, kompenseres med et endret trykkfall over den andre struping 8, idet trykkfallet over den første strupning 6 i hovedsak bare er påvirket av konstruktive trekk i konstantstrømventilen slik det er beskrevet ovenfor.

Trykkfallet over den første strupning 6 forblir uendret selv om den første strupnings 6 gjennomstrømningsareal justeres for å endre konstantstrømventilens 1 gjennomstrømningsmengde.

I en ytterligere ikke vist utførelsesform kan stemplet utgjø-res av en membran.

Claims (3)

1. Konstantstrømventil (1) omfattende et hus (2), et i huset (2) forskyvbart tettende stempel (4), en første strupning (6) og en andre strupning (8), og hvor stemplets (4) relative aksielle posisjon er bestemmende for den andre strupnings (8) åpning, og hvor den første strupnings (6) oppstrømsside kommuniserer med stemplets (4) ene side, idet den første strupnings (6) nedstrøms-side kommuniserer med stemplets (4) motstående side, karakterisert ved at den andre strupnings {8) andre strupeboring (64) er forsynt med en innvendig diameter som er større enn den utvendige diameter av et til stemplet (4) forbundet ventillegemes (56) strupedel (74), idet strupeboringen (64) og strupedelen (74) ut-gjør de strømningsregulerende partier, og hvor kraften fra stemplet (4), når stemplet (4) er forskjøvet i retning mot den andre strupning (8), opptas av kontaktfla-ter (70, 72) som er atskilt fra de strømningsregulerende partier (64, 74).

2. Konstantstrømventil i henhold krav 1, karakterisert ved at den første stupnings (6) gjennom-strømningsareal er regulerbart.

3. Konstantstrømventil i henhold krav 1, karakterisert ved at den første strupning (6) befinner seg atskilt fra stemplet (4).