NO742974L - - Google Patents

Description

Ventil.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører ventiler og spesielt men dog ikke eksklusivt shuntventiler anvandelige^br spillvarme gjenvinnings- eller andre kjeler for det formål å om-styre varmgasstrøm enten gjennom eller over kjelerørene eller gjennom en forbiføring (by-pass) og for å styre mengden av gass som strømmer gjeqnom kjelen. "Oppfinnelsen er generelt anvendelig ved situasjoner hvor et fluidum eller annen strøm skal avledes

eller styres.

Det er kjent shuntventiler som omfatter et ventillegeme dreibart montert i et ventilkammer og som er til bruk i spill-varmekjeler, men de kjente ventilformer lider av flere ulemper. Først bg fremst er de kjente ventiler relativt kompliserte i sin konstruksjon og ettersom størrelsen av kjeler i hvilke slike ventiler er nødvendige, stadig øker, spesielt i marine spillvarmekjeier, er det viktig at ventilen blir utført så enkel som mulig. Por det

andre bevirker kjente ventiler vanligvis temmelig plutselige for-andringer i strømretningen for en gass eller andre strømmer gjennom

ventilen; eller omfatter strømning av gasstrømmen gjennom en fler-het av åpninger i ventillegemet; eller omfatter strømning av gassen

eller andre strømmer gjennom kanaler med komplisert og kostbar konstruksjon.

Por det tredje er de kjente ventiler slik utført at de samler opp avsetninger, spesielt når gasstrømmen inneholder faste partikler f.eks. som i tilfellet ved en aksosgasstrøm fra en diesel-eller annen varmemaskin eller kilde.

Således bevirker den andre og tredje karakteristikk tap av strømningseffektivitet gjennom ventilen og kan føre til tap av effektivitet i varmemaskinen fra hvilken den varme gasstrøm fåes.

Ved oppfinnelsen tilveiebringes det en ventil i hvilken disse ulemper eliminert eller minsket og ventilen erkarakterisertved at ventillegemet har en periferien tetningsflate som samvirker med ventilkammerets vegg og omfatter motsatte ender som er atskilte både periferielt og på langs i ventilkammeret.

Ventilkammeret er fortrinnsvis sylindrisk og ventillegemet har fortrinnsvis en elliptisk periferien flate; f.eks. kan ventillegemet være en flat eller buet, eJéptisk formet plate.

Rotasjonsaksen kan strekke seg sentralt og på langs i ventilkammeret eller diametralt i forhold til dette.

Når aksen er diametral, kan ventilkammeret ha ventilseter

understøttet av veggen for samvirke med ventillegemet.

Ventillegemet er fortrinnsvis dreibart mellom to stillinger i hvilke forskjellige ventilinnløp- og ventilutløpforbindelser etableres, i hvilke stillinger ventillegemet bringes til motsatte skrå8tillinger i forhold til ventilkammerets vegg. Den foretrukne hellingsvinkel er 45°.

Ventillegemet har mellomstillinger i hvilke forskjellige forhold av fluid- eller andre strømninger flyter langsmed to forskjellige innløp/utløpsforbindelser.

De karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil forøvrig fremgå av de etterfølgende krav og oppfinnelsen skal beskreved nærmere i det følgende med henvisning til tegningen hvor

fig. 1 viser et skjematisk lengdesnitt gjennom en ut-førelses f orm av ventilen,

fig. 2 er et skjematisk lengdesnitt gjennom en annen ut-førelsesform av ventilen,

fig. 3 er et skjematisk vertikalt snitt gjennom en kjele med en ventil ifølge oppfinnelsen,

fig. 4 ér et delvi3oppriss i delvis snitt sett i retning pilen A i fig. 3>

fig. 5 er et skjematisk lengdesnitt gjennom ennå en annen utførelsesform av ventilen, og

fig.6 er et skjematisk lengdesnitt gjennom en ytterligere utførelsesform av ventilen og gjennom en del av en kjele hvorav ventilen utgjør en del.

Fig. 1 viser en ventil som har et ventilhus 10 i hvilket det er et sylindrisk ventilkammer 12 inneholdende et elliptisk ventillegerae 14 som er montert i en vinkel på 45° i forhold til den sentrale lengdeakse 16 i kammeret 12. Ventillegemet 14 er en elliptisk plate hvis periferi ligger tettende an i så stor grad som mulig, mot kammerets 12 sylindriske vegg for samtidig å tillate termiske ekspansjoner samt tillate dreining av ventillegemet.

Ventillegemet l1» er montert på en aksel (fig. 3>ikke vist i fig. 1) hvilken passerer gjennom én sentral åpning i platen og hvis sen-tnale lengdeakse faller sammen med aksen 16. Ventillegemet 1<*>1 er avstøttet ved hjelp av to radielt forløpende stag 32 som hver strekker seg langsmed kammerets 12 sentrale akse og som er dreibare for å forandre ventillegemets 1<*>1 stilling.

Ventilhuset 10 har en riiml5fpap6JPt"^20 og en første ut-løpsport 22. Huset 10 har en andre utløp3port 24.

Ventillegemet 14 er vist med hele linjer i en første stilling i hvilken et fluidum som kommer inri innløpsporten 20 blir ledet til det første utløp 22. Ventillegemet 14 kan dreies 180° til en andre stilling 14a indikert med brutte linjer, i hvilken et fluidum som kommer inn gjennom innløpet 20 blir ledet til ut-løpet 24...

Ventillegemet 14 kan stilles i en hvilken som helst stilling mellom de to nevnte stillinger (midtstillingen 14b er vist med brutte linjer) slik at noe fluidum kan passere til ut-løpet 22 og noe til utløpet 24.

Ventillegemets 14 hellingsvinkel på 45° er spesielt fordelaktig sett fra det punkt som gjelder effektiv strømning åv fluidet mellom innløpet 20 og det ene eller andre av utløpene 22 eller 24. Ved modifikasjoner kan enhver annen hellingsvinkel an-vendes .

Forandring av stiklingen til ventillegemets 14 kant når det dreies, er )<yerd en spesiell anmerkning ettersom kanten har en feiende eller skrapende virkning i forhold til kammerets 12 vegg hvilket gir ventilen en selvrensende karakteristikk. Dette er meget fordelaktig når fluidumet som skal styres eller omledes, inneholder materiale såsom karbonpartikler som i tidens løp frembringer avleiringer i ventilkammeret som søker å redusere ventilens effektivitet. Den beskrevne konstruksjon eliminerer eller reduserer slike avleiringer og er derfor spesielt anvendelig som en shunt-ventil til bruk i dieseleksos-spillvarmegjenvinningskjeier, f.eks.

i skip.

Ventillegemets 14 periferi kan i seg selv utgjøre en tilstrekkelig god tetning i forhold til ventilkammerets 12 vegg. Det er imidlertid ønskelig at en fjærende eller ettergivende tet-ningsfctrimmel er festet til ventillegemets 14 periferi og anordnet til å samvirke méd kammerets 14 vegg.

Skjønt en enkel plate er vist i fig. 1 som ventillegemet 14, kan ventillegemet i alternative konstruksjoner faktisk settes sammen av deler. F.eks. kan to eller flere slike deler Vare istand til å utføre en relativ bevegeise for å frembringe en tilstrekkelig tetning mellom ventillegemet 14 og kammerets 12 vegg. Det er klart at når ventillegemet 14 har en fjærende eller ettergivende tetnings-strimmel, er legemet som et hele sammensatt, og i andre konstruk-sjonsformer kan det være sammensatt av deler enten en tetning er inkludert eller ikke.

Det er ikke nødvendig at ventillegemet er en elliptisk plate. Fig. 2 viser en ålternativ konstruksjon i hvilken ventillegemet utgjøres av en rektangulær plate 100 som ved motsatte ender har motsatt rettede halvsirkulære flenser"102, 104. Ventillegemet er montert i et sylindrisk ventilkammer 106 i et ventilhus 108 som har en innløpsport 110 og to utløpsporter 112, 114.

Ventillegemet er dreibart om aksen 116 fra en vist stilling i hvilken innløpet 110 kommuniserer med utløpet 112, til en stilling vist med brutte linjer, i hvilken innløpet 110 kommuniserer med utløpet 114.

Ventillegemet kan stilles i mellomstillinger i hvilke inn-løpet 110 kommuniserer med begge utløp 112,114 i like store eller i forskjellige grader.

I både fig. 1 og 2 deler ventillegemet ventilkammeret i todeler. Ventillegemets form og dets orientering tillater omkopling mellom en strømningsbane til en annen ved hjelp av ren dreining av ventillegemet.

I et ytterligere alternativ, ikke vist, kan ventillegemet ha en konstruksjon som ligger mellom det som er vist i fig. 1 og

fig. 2. Platen 100 kan være noe skråstilt i forhold til aksen 116, og de to flenser 102,104 kan enten stå i rette vinkler til aksen 116 eller også være skråstilt til aksen 116 og platen 100. Platen 100 vil da få en delvis elliptisk form og hvis flensene 102,104 også er skråstilt i forhold til aksen 116, vil de også være av en delviqJ;

elliptisk form.

Alternativt kan ventillegemet omfatte et mellomliggende dellegeme som strekker seg parallelt med aksen og to ytterligere dellegemer som strekker seg i motsatte retninger i rett vinkel til aksen.

I en annen alternativ utførelsesform kan ventillegemet omfatte et.dellegeme i en vinkel til aksen og to ytterligere dellegemer som hver enten står i rette vinkler til aksen eller i en vinkel til aksen og til det første dellegeme.

I andre variasjoner kan et av de to ytterligere dellegemer ha en annen vinkel i forhold til aksen enn det andre av de ytterligere dellegemer.

Dellegemene kan være, eller et eller flere av dem kan være deler av en enkel tilstøtende plate eller annen gjenstand, eller de kan være separate komponenter sveiset eller på annet vis festet til hverandre.

F.eks. kan ventillegemet være en enkel, hovedsaklig elliptisk plate men et endeparti kan ligge ut av plan med resten av platen. Således kan resten av platen betraktes som et dellegeme og endepartiet kan betraktes som et ytterligere dellegeme.

I alle de yentillegemer som er beskrevet i denne bektrrivelse er ventillegemets motstående ender i tettende forhold til ventilkammeret ved punkter som er atskilt både med hensyn til dreievinkel ora dreieaksen og lengdeveis i ventilkammeret slik at grensene til

de to deler av ventilkammeret (i hvilke kammeret er delt ved hjelp

av ventillegemet) lett kan forandres ved dreining av ventillegemet

om dreieaksen.

Fig. 3 og 4 viser en kjele med en ventil tilsvarende en

av de ovenfor beskrevne utførelseseksempler.

Ventilhuset 199 er åpent ved en ende nfor å tilveiebringe

en utløpsport 203.

Ved denne ende understøttes et lager 212 ved hjelp av

fire radielle armer 205. Tre radielt forløpende triangulære stag-plater 209 er anordnet ved hver side av ventillegemet 208.

Ventilhuset 199 er montert under en stående mantelkjele

som er en typisk sammensatt kjele for marint bruk og som omfatter et» sylindrisk mantel 400 og hovedrøkrør 402 som strekker seg mellom nedre og øvre horisontale rørplater 404,406. Mantelen 400 inneholder også subsidiære røkrør som strekker seg mellom subsidiær rørplate 410 og rørplaten 406. Rørplaten. 410 danner en del av en varmgasskammer 412 som mottar varme gasser fra en oljefyrt brenner (ikke vist) montert i flukt med en åpning 414 i kammeret 1412.

Hovedrøkrørene 402 munner ut i en utløpsboks 4l6 med et utløp 417 som fører til skipets skorstein og hvor de subsidiære røkrør 408 munner ut i en separat utløpsboks 4l8 med et separat ut-løp 419 som fører til skorstenen. Ventilhusinnløpet 202 er forbundet méd en kanal (ikke vist) som fører eksosgass fra skipets

dieselmaskin. Utløpet 206 er forbundet med en forbiføringskanal antydet med brutte linjer ved 420, som også fører til skipets skor-sten..

Utløpet 203 munner ut i et gassinnløpsrom 211 under rørplaten 404.

Kjelens hovedrøkrør kan oppvarmes ved hjelp av eksosgass fra dieselmotoren eller de subsidiære rør kan oppvarmes ved hjelp av den oljefyrte brenner. I et hvert tilfelle blir vann i mantelen 400 oppvarmet og forvandlet til damp.

Ventillegemet 208 kan reguleres ved dreining av akselen 210 for å bevirke at all varmegass passerer fra innløpet 202 til hovedrøkrørene 402 som vist i fig. 3 idet forbiførings-kanalen 420 da er avstengt frå innløpet 202; eller til stillinger

i hvilke noe gass passerer gjennom rørene 402 og noe gass gjennom forbiføringskanalen 420; eller til en stilling 180° forskjellig fra den som er vist i fig. 3 i hvilken all gass blir ledet til forbi-føringskanalen og ingen gass kommer inn i rørene 402.

Ventilen er kompakt sammenbygget med kjelen. Typiske dimensjoner som indikerer kjelens proporsjoner er : avstand mellom rørplatene 404, 406, 351 cm; høyde på innløpshus 211: 122 cm;

ytre diameter på mantelen 400: 221 cm; ytre diameter på ventilhuset 199: 99 cm.

Fig. 5 viser en ytterligere utførelsesform av ventilen i hvilket et hus 199 med en innløpsport 202 og utløpsporter 204,206 inneholder.en aksel 210 montert i lager 212. To ventillegemer er

montert på akselen idet hvert er dreibart innenfor sitt eget ventilkammer 200A, 200B. Hvert ventillegeme er en elliptisk plate

214,216. Ventillegemet 214 er, festet til et sylindrisk^ portdeksel 218 og ventillegemet 216 er festet til et tilsvarende deksel 220. Dekslene 218,220 er ikke essensielle"og kan utelates hvis ønsket. Operasjon av ventilen er lik operasjonen av de andre utførelsés-former. Gasstrykket påvirker de to ventillegemer 214,216 slik at

de resulterende krefter utbalanseres i retninger parallelle.med og på tvers av sammenstillingen. Et lite ubalansert moment gjenblir, men elimineringen av ubalanserte lineære krefter reduserer vibrasjon når ventilen nyttes i en pulserende gasstrøm, f.eks. i eksosgass-strømmen fra en dieselmotor.

Fig. 6.viser et sylindrisk ventilhus 610 med fire porter, nemlig et varmgassinnløp 612; et varmgassutløp 6l4, et kaldgass-innløp 6l6 og et kaldgassutløp, 6l8. Utløpene og innløpene består av med flenser forsynte munnstykker på huset 610 slik at innløpet 612 og utløpet 618 kan forbindes med passasjer (ikke vist) bestående av kanaler med flens forsynte ender festet til f lensene, på de mun-n- stykker som utgjør innløp 612 og utløp 618. På samme måte er flensene til munnstykkene som utgjør utløpet 6l4 og innløpet 6l6, festet til flenser på korte kanaler 620, 622 respefekive, og som begge munner ut i et hus 624. En del a<y>husets 624 indre kommuniserer med innløpene til varmevekslersonen som dannes av et arrange-ment av kjelerør innenfor en mantel (ikke vist) og en annen del av huset 624 kommuniserer med utløpene til disse rør. Mantelen inneholder vann som omgir rørene slik at når varm gass passerer gjennom rørene, blir vannet i mantelen oppvarmet. Kjelen er typisk en damp kjele, men kan alternativt nyttes for bare fremstilling av varmt vann, eller for oppvarmning av annen væske.

Det er tilveiebragt regulerbare innretningeriform av isolerende spjeld 628, 630 som er anordnet forskyvbart montert i føringer festet til huset3624 Øvre vegg. Huset 610 avgrenser et sylindrisk ventilkammer 640 som inneholder et elliptisk ventillegerae i form av en plate 642 som er montert på en horisontal diametral aksel 644. Akselen 644 strekker seg gjennom huset 610 vegg og er dreibar ved hjelp av et ytre snekkehjul og snekkevek3elutstyr som kan opereres med et ikke vist ratt. Ventillegemet 642 er avstøttet ved hjelp av flenser 646 på hver side og kan bringes til samvirke alternativt med et første par serai-ellipseformede buede ventilseter 648 eller et andre par -tilsvarende seter montert på husets 610 vegg. Et ventilsete 648 er

på en side av ventillegemet 642 og det andre setet 648 ér på den andre side av legemet 642. På samme vis er setene 650 på motsatte sider av legemet 642. Marginale plane flatedelér av legemet 642 ligger således an mot setene 648, 650.

Fig. 6 viser ventillegemet 642 i samvirke med setene 650 i én stilling som tillater varm gass (f.eks. eksos fra en dieselmotor) å strømme som vist med pilene, inn i innløpet 612 og ut av utløpet 6-14 for å komme inn i huset 624. Kald gass som har avgitt varmen i kjélerørene, forlater huset 624, entrer huset 610 gjennom innløpet 616 og forlater ventilen gjennom utløpet 618 hvoretter den passerer til en eksoskanal og pipe.

I den motsatte ytterstilling av ventillegemet 642 (ikke vist) samvirker ventillegemet med setene 648 for å tillate varme-gassen å passere direkte fra innlJJpet 612 til utløpet 618 hvorved oppnås passering utenom kjelens varmevekslersone som dannes av kjelerørarrangementet.

Ventilen kan således beveges for å avlede varmgass-strømmen fra en bane til en annen..

Ventillegemet 642 kan stilles i mellomstillinger (ikke vist) for å dele opp gasstrøramen slik at noe passerer gjennom kjelerørene og noe føres forbi rørene. Dette bevirker styring av varme-tilførselen til vannet eller annen væske i mantelen.

Spjeldene 28,30 kan beveges utad til stillinger (ikke vist) i hvilke de lukker munnstykkene 620 og 622 slik at når det er

nødvendig, kan reparasjoner eller vedlikehold utføres på kjelerørene eller andre deler inneei huset 624 eller resten av kjelen mens varm gass fortsetter å passere til utløpet 6l8.

Ved noen anvendelser er det mulig å eliminere ventil-setene 648,850 og således kunne stole på nøyaktig glidepasning mellom de periferielle kantflater til platelegemet 642 og ventilkammerets 640 vegg. Altnernativt kan et deformerbart eller annet tetnings-legeme festes til legemet 642 for å tilveiebringe en periferiell flate eller flater som på en glidende måte samvirker med veggen til ventilkammeret 640.

Uansett hvilken type tetning som nyttes, vil ventillegemet 642 når det beveges, ha en skrubbende virkning på enhver avsetning som kleber til vehtilhusets 640 vegg og.oppbygning av tunge avsetninger som reduserer gasstrøramens effektivitet blir for-hindret.

I en annen modifikasjon (ikke vist) kan ventilhuset ha bare tre porter, nemlig et innløp og bare to utløp, f.eks. er ventillegemet bevegbart meilora en stilling i hvilken gass passerer fra

innløpet til et første utløp og deretter til kjelerør ( og en annen

stilling i hvilken gass passerer til det andre utløp og deretter til en forbiføringskanal.

Ventilen som sådan kan erstatte ventilene beskrevet og vist i fig. 3 og 4 ovenfor. Videre kan.ventilhuset ha et innløp

eller utløp som er koaksialt med ventilkammeret 640 istedenfor på tvers av dette. Ventilens funksjon kan reverseres, dvs. utløpet kan virke som innløp og innløpene som utløp, og dette gjelder også alle de utførelsesformer av ventilen som er beskrevet ovenfor.

I en annen modifikasjon er det mulig å tillate noe varmgass å strømme til en forbiføring i alle stillinger av ventillegemet, dvs. at ventillegemet kan bevirke en fullstendig avlukning kun i forbindelse med kjelens varmevekslersone.

Oppfinnelsen er anvendbar generelt ved kjeler med forbi-føring3kanaler eller skjøtkanaler og er ikke begrenset til mantel-kjeler eller til marint bruk.

Oppfinnelsen er anvendbar for sammensatte kjeler, dvs. kjeler med brenselbrennere for å frembringe varme når spillgass-strømraer ikke er tilgjengelig og den er også anvendelig til hjelpe-eller andre kjeler ved hvilke varmen kun oppnås fra en brenner.

Ventilen ifølge oppfinnelsen er anvendelig til generelt bruk i forbindelse med fluidumer omfattende gasser eller væsker, enten de befinner seg i kjeler eller annensteds og for pulverformet eller partikkelformet materiale eller røk, enten det gjelder av-stengning eller fordeling eller avledning eller enhver kombinasjon av slike funksjoner er krevet.

Strømmen gjennom ventilen kan reverseres i forhold til det som er beskrevet idet strømmen som kommer inn ved den ene eller andre av de to innløp blir avledet til et enkelt utløp. Denne an-vendelse gir seg selv for blanding av fluider eller partikkelformet eller annet materiale.

Claims (11)

1. Ventil omfiattende et ventilkammer og etventillegeme montert inne i ventilkammeret og som er dreibart om en akse som

strekker seg.sentralt i ventilkammeret, karakterisert v e d at ventillegemet har en periferien tetningsflate som sam- virker med ventilkammerets végg og omfatter motstående ender som er atskilt både periferielt og på langs i ventilkammeret.

2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at ventilkammeret er sylindrisk.

3. Ventil ifølge krav 2, karakterisert ved at dreieaksen strekker seg i ventilkammerets lengderetning. lJ.

Ventil ifølge krav 2, karakterisert ved at dreieaksen strekker seg diametralt i ventilkammeret.

5. Ventil ifølge, krav 3 eller 4, karakterisert v e daat ventillegemet er en elliptisk plate.

6. Ventil ifølge krav 5, karakterisert ved at ventillegemet er skråttstilt i en vinkel til dreieaksen.

7. Ventil ifølge krav 6, karakterisert ved at ventillegemet er skråttstilt 45° til dreieaksen.

8. Ventil ifølge krav 3, karakterisert ved at ventillegemet omfatter en mellomliggende dellegeme og to ytterligere dellegemer som strekker seg fra motsatte ender av det mellomliggende dellegeraet i motsatte retninger og sideveis til det mellom- liggende dellegeamt.

9. Vantil ifølge krav 8, karakterisert ved at det mellomliggende dellegemet strekker seg parallelt med dreie- : aksen.

10. Ventil ifølge krav 3, karakterisert ved at ventillegemet er det ene; av to ventillegemer som er anordnet i et felles hus.

11. Ventil ifølge hvilke som helst av de foregående krav, k a rak t e ris é r t y e d at ventilen er arrangert til å styre eller avlede strømmen av varm gass gjennom en kjeles varmevekslersone eller gjennom en kanal som fører forbi varmevekslersonen.