SE448499B - Anordning for reglering av trycket i en fluid - Google Patents

Description

40 44s 499 icke har de ovan angivna nackdelarna och speciellt gör deE'möjligt att åstadkomma ett fullständigt öppnande av avstängningsorganet._ Uppfínníngen beskrivas närmare i det följande med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig_l schematiskt visar en känd anordning; Éig_g visar en första utföringsform av uppfinningen; fig 2A visar en variant av fig 2: fig_å visar en andra utförings- ' form av uppfinningen; fig_í visar_tillämpningen av uppfinningen vid reglering av en turbokompressor, som betjänar en förbrännings- motor; fig_§ visar verkningssättet av det i fig 4 visade aggrega- tet. g i I de olika figurerna användes samma hänvisningsbeteckningar för samma komponenter. I _ Fig 1 visar schematiskt och i sektion en känd anordning för reglering av trycket av den fluid, som avgives från en fluidkälla 1. Denna fluidkälla utgöres exempelvis, men icke uteslutande, av tryckluft, som matar en användningskrets, med vilken källan 1 är förbunden medelst en huvudpassage 2. i_ Regleringsanordnignen innefattar en shuntpassage 3, som är förbunden med källan 1 parallellt med huvudpassagen 2 och mynnar exempelvis i atmosfären vid sin fria ände 4. Avstängningsorganet, som här utgöres av-en ventilkropp 5, vilken samverkar med ett ventilsäte 6, åstadkommer avstängning av passagen 3. En kalibre- rad fjäder 7 verkar på ventilens 5 ventilspindel 8 för att hålla ventilen i det stängda läge, som visas i fig 1. Ventilspindeln 8 är fast förbunden med det rörliga membranet 9 i en manometerdosa , som medelst en passage 11 är förbunden med fluidmatningen.

Anordningens verkningssätt är enkelt. Så länge som trycket av den fluid, som avgives från källan 1, är lägre än ett på för- hand bestämt belopp, för vilket fjädern 7 är kalibrerad, hàlles ventilen 5 anliggande mot sitt säte 0 genom fjäderns 7 verkan pà ventílspindeln 8. Hela den fluid, som avgives från källan 1, strömmar i passagen 2, såsom visas med den heldragna pilen.

När fluidtrycket är större än ett pá förhand bestämt belopp, förflyttar manometerdosan 10 ventilen mot verkan av fjädern 7,' varvid ventilen öppnas. En del av den från källan 1 kommande flui- den avgår genom öppningen 4, och trycket i passagen 2 hålles vid ett bel0PP, Som i huvudsak är lika med det pá förhand bestämda beloppet. ”W _ Det inses med lätthet, att när fluidtrycket ökar och uppnår det på förhand bestämda beloppet, upphäver först manometerdosans Älkifluv-.r- ~.».- -.. .JL . ' 40 g44s 499 3 påverkan på ventilspindeln 0 i huvudsak verkan av fjädern 7, och ventilen 5 hálles praktiskt taget utan belastning anliggande mot sitt säte 6, Erfarenheten visar att ventilen då släpper igenom fluid utan att dess öppning är frilagd. d _ g Denna nackdel elimineras genom användandet av anordningen enligt uppfinningen, av vilken en första utföringsform visas i f-igd2.i _ _ g ii _ I denna utföringsform är ventilens 5 ventilspindel 8 försedd med en axiell borrning eller kanal 12, som genom en mâttbestämd ände 14 står i förbindelse med det inre rummet i manometerdosan pà den sida av membranet 9, som är motsatt fjädern 7. Vid den andra änden mynnar borrningen 12ii en radiell öppning 13. Nivån av öppningen 13ai spindeln 8 är sådan, att öppningen i ventilens stängda läge är frilagd och fluiden strömmar i rörledningen 11, i manometerdosan 10, och i kanalen 12, innan den utströmmar genom öppningen 13 till utsidan av dosan 10, som är försedd med öppningar 10a, vilka star i förbindelse med atmosfären. 1 g Anordningens verkningssätt beskrives i det följande.

Emedan avstängningsorganet är stängt och trycket av fluiden, som avgives av källan 1, understiger ett på förhand bestämt be- lopp, strömmar fluiden i huvudsak i huvudpassagen 2. En del av denna fluid strömmar emellertid in i rörledningen 11, in genom öppningen 15 i manometerdosan 10 på den sida av membranet 9, som är motsatt fjädern 7, och därefter ut genom kanalen 12. Trycket e Pc inuti manometerdosan 10 bestämmas då av sambandet P = P C . 1 + b Z 2 S _ där P representerar det relativa trycket av fluiden, som avgives frän_källên 1, A är sektionen av den máttbestämda öppningen 14, och S är sektionen av den máttbestämda öppningen 15. 'gUnder dessa betingelser och så länge fluiden strömmar i borr~ inín en 12, förblir beloppet av trycket P lägre än beloppet P. _9 _ c När trycket P av den fluid, som avgives av källan 1, stiger, ökar trycket ÉC till ett kritiskt belopp, för vilket fjädern 7 är kalibrerad, förflyttningen av ventilens 5 spindel 8 tillåter tillslutning av öppningen 13 medelst styrlagret 16, som sålunda åstadkommer avbrott i fluidflödet genom kanalen 12.

Trycket P¿ i manometerdosan 10 stiger då mycket snabbt och àßfin-æffl-aa-.øß- 40 448 499 ;i of 1 ut 0 ut % 4 och blir lika med trycket av fluiden, som avgives från källan 1.

Därigenom åstadkommes en mycket snabb förflyttning av spindeln 8, som öppnar ventilen 5 och sålunda begränsar trycket av den fluid, som matar huvudpassagen 2. Z ii f I denna utföringsform är ventilen 5 förlängd medelst ett cylindriskt parti 5a, som upprätthåller tillslutningen av passa-_m' gen 3 under ventilspindelns 8 lilla förflyttning, som motsvarar tillslutning av kanalens 12 öppning 13.

Fig 2A visar en utföringsvariant, i vilken ventilens 5 spin- del är sammansatt av två element 8a och 8b. Ett av dessa har en slits 8c, som samverkar med en tapp 8d, vilken är fast förbunden med det andra elementet. När i denna utföringsform verkan av fjä- dern 7 och trycket på spindelelementet 8a upphäver varandra, bringas ventilen S att kraftigt anligga mot sitt säte, varvid öppningen _ 13 fullständigt tillslutes_pá grund av trycket av fluiden, som avgives från källan 1. 0 Fig 3 visar en andra utföringsform av uppfinningen. I denna figur visas endast de element, som erfordras för förflyttning av ventilens 5 spindel 8rj' 0 Z Liksom i föregående utföringsexempel är ventilspindeln 8 1 fast förbunden med ett rörligt membran 9 i en manometerdosa och pâverkas av fjädern 7, som strävar att tillsätta ventilen mot sitt säte. Rörledningen 11 matar manometerdosan 10 med fluid under tryck.genom den màttbestämda öppningen 15. Manometerdosan 10 inne- fattar ett andra rörligt membran 17, som är fast förbundet med en glidrörlig axel eller slid 18. Denna axel har en måttbestämd, axiell borrning 12, vars ena ände mynnar i en öppning 14 i mano- meterdosan 10 mellan de båda rörliga membranen 9 och 17, och vars andra ände genom en radiell öppning 13 står i förbindelse med utsidan av manometerdosan 10.0 _ K A ,En fjäder 19 verkar på sliden 18 för att hålla den i det visade läget, vilket tillåter fluidflöde genom öppningen 13.

Fjädern 19 är kalibrerad till ett lägre belopp än fjädern Verkningssättet beskrives i_det följande, varvid anordningen till en början befinner sig i det i fig 3 visade läget och av- stängningsorganet 5 är tillslutet. Så länge beloppet Pgav trycket av den fluid, som avgives av källan 1, är lägre än ett på förhand, bestämt belopp, strömmar fluiden i rörledningen 11, i dosan 10, och i borrningen 12, och utströmmar genom öppningen 13. Trycket j: _..

Aøtnaëo-h-.u a. .såna _ ..._........._......_ 5 . . 40 448 499 s _ Pc inuti manometerdosan 10 håller sig vid ett belopp lägre än P i beroende av de màttbestämda sektionerna S av öppningen 15 och med Å av kanalen 12. När trycket P stiger och trycket Pc upp- når ett kritiskt belopp, för vilket fjädern 19 har kalibrerats, förflyttas sliden 18 uppåt i figuren, vilket åstadkommer till- slutning av öppningen 13 och avstängning av flödet i manometer- dosan 10. Trycket PC stiger_mycket snabbt till beloppet P. Ven- tilspindeln 5 förflyttas i sin.tur i ändamål att påverka avstäng- ningsorganet_5.- *- t V Fig 4 visar ett exempel på uppfinningens tillämpning vid automatisk matningsreglering av en turbin, som drives av en för- bränningsmotors avgaser, och som påverkar en kompressor, vilken uavger den luft, som är nödvändig för motorns drift.

I fíg 4 betecknas med 20 en förbränningsmotor, som matas med en gas såsom luft eller en bränsleblandning genom ett inlopps- rör 21. För tydlighetens skull visas icke anordninqarna för till-_ försel av bränsle, vilka kan vara~av typen förgasare eller injek- tor och anbragta före eller efter kompressorn såsom är väl känt för fackmannen. Åvgaserna bortföres genom ett utloppsrör 22.

Som bekant kan överladdning av en motor 20 åstadkommas medelst 3 en kompressor-24, som är rotationsförbunden med en turbin 23, som drives av motorns avgaser. Härav följer att det gasflöde, som av- gives av kompressorn 24, beror av turbinens 23 rotationshastighet, dvs av det avgasflöde, som matar turbinen. Flödet och gastrycket, som alstras av kompressorn 24, är med andra ord beroende av mo-u torns driftsvarvtal N. _ _ _ tI regel är turbokompressorns parametrar så valda, att man erhåller ett maximalt vridmoment hos motorn vid ett bestämt be- lopp N1 av motorns driftsvarvtal. Man bör sålunda reglera-turbi- nens rotationshastighet genom att anpassa den mängd avgaser, som genomströmmar turbinen, till driftsvarvtal hos motorn, vilka över- stiger beloppet N1. g mig 2 g I g Det är känt att för detta ändamål använda en shuntkrets för motorns avgaser, vilken innefattar en rörledning 27, som förbinder turbinens 23 inlopp och utlopp, ett avstängningsorgan 5 i shunt- ledningen, och ett styrdon, som åstadkommer öppnande av avstäng- ningsorganet vid höga driftsvarvtal hos motorn i ändamål att till- låta direkt bortförsel av en bestämd del av avgaserna från rörled- ningen 22 till utloppsröret 26, " Enligt utföringsformerna påverkas styrdonet i beroende av _-.~........ .. . ... “nu-v wlJu-.af -9--.J.-~. --_ 40 s44sn499 6 trycket vid turbinens. inlopp eller i beroende av trycket vid kompressorns utlopp i ändamål att erhålla ett bestämt sambands- förhållande för tryckändringen vid kompressorns utlopp.

-När man använder ett känt styrdon, t ex det i fig 1 visade, i vilket rörledningen 12 stàr.i förbindelse med kompressorns ut- lopp, förlöper utvecklingen av gastrycket P vid kompressorns ut- lopp i beroende av motorns driftsvarvtal N såsom visas med den streckpunkterade kurvan Iaiyfig 5. Man kan observera att denna kurva vid driftsvarvtal lägrefänfN1 klart avviker från den hel- idragna kurvan II, som representerar funktionen Pšf (N), när av- stängningsorganet 5 hâlles fullständigt stängt, dvs att ventilen med kraft anligger mot sitt säte 6; Denna skillnad, som, såsom ovan nämnts, beror pá ett för tidigt öppnande av avstängnings- organet 5, visar att man vid låga driftsvarvtal hos motorn icke átervinner maximal energi av avgaserna.

För att eliminera denna nackdel använder man anordningen enligt uppfinningen såsom ventilens 5 styrorgan. I det i fig 4 schematiskt visade exempletmotsvararden använda anordningen den utföringsform, som visas i fig 3. Rörledningen 11 förbinder komp- ressorns 24 utlopp med manometerdosan 10 under det att en rör- ledning 28 gör det möjligt att i kompressorns inlopp återinföra de gaser, som har strömmat genom kanalen 12ai sliden 18.

Verkningssättet av aggregatet beskrives i det följande med hänvisning till fig 3, 4 och 5. 0 0 Förhållandet mellan sektionerna av den måttbestämda öppningen och kanalen 12, samt fjäderns 19 kalibereringstryck har valts så, att öppningen 13 (fig 3) tíllslutes vid ett belopp N1 av mo- torns driftsvarvtal. _ ” Först betraktas det fall att motorns driftsvarvtal stiger till beloppet N1.0 g 1" _ _k 1 1 Trycket P¿gi manometerdosan 10 representeras av partiet OA' av den streckade kurvan III. Trycket PC är alltför litet för att hoptrycka fjädrarna 7 och 19. Ventilen 5 hálles stadigt ansatt mot sitt säte 6 medelst fjädern 7 Och hindrar varje läckning av avgaser till shuntledningen 27; Trycket P vid kompressorns utlopp ändras enligt kurvans II parti OA. När motorns driftsvarvtal upp- når beloppet NI, uppnår trycket P vid kompressorns utlopp beloppet P1 och trycket Pc i manometerdosan 10 uppnår beloppet P2, för vil- ket fjädern 19 är kalibrerad. Därigenom ástadkommes en förflytt- ning av'sliden 18 och avstängning av avgasflödet genom kanalen 12. å a: -0 40 448 499 .7 _ ~ Trycket Pc i manometerdosan 10 stiger öch blir lika med* trycket P vid kompressorns 24 utlopp och större än det belopp, som motsvarar fjäderns 7 kalibrering, vilket åstadkommer att ven- tilen 5 öppnas mycket snabbt. W Erfarenheten visar att trycket mycket snabbt uppnår ett be- lopp P3 mellan P1 och P2, vilket motsvarar punkten B, som i huvud-Q -sak är belägen_på kurvan I. I i En ytterligare ökning av motorns driftsvarvtal medför en I ökning av trycken P och Pc till ett.regleringsbel0pP, som är be- roende av det avgasflöde, som förbiledes genom shuntledningen 27. Vid belopp överstigande N1 kommer sålunda trycket vid komp- ressorns 24 utlopp och i manometerdosan TO-att i huvudsak följa kurvan I. I I I ' 0 " Vid låga driftsvarvtal gör sålunda anordníngen enligt upp- finningen det möjligt att återvinna en större energímängd från avgaserna och följaktligen säkerställa en bättre överladdning av motorn. Den energimängd, som sålunda återvinnes, är i huvudsak proportionell mot den yta, som är begränsad mellan kurvorna I .och II, dvs ytan OAB.

När man utgående fràn ett belopp överstigande N nedbringar _ 1 motorns driftsvarvtal, konstateras experimentellt att trycket vid kompressorns 24 utlopp och sålunda i manometerdosan 10 avta- 'ger enligt kurvan I till ett belopp N2 av motorns driftsvarvtal, dvs till punkten C, där trycket P2 motsvarar_fjäderns-19 kalibre- ring. Sliden förflyttas i motsatt riktning och tillåter därvid utströmning av gaserna genom kanalen 12. Trycket i manometerdosan faller mycket snabbt till beloppet P4, som motsvaras av punkten D'. På grund härav ansättes ventilen 5 mot sitt säte 6 medelst fjädern 7, och trycket vid kompressorns utlopp stiger till belop- pet P5, vilket motsvaras av punkten D. När motorns driftsvarvtal sjunker under beloppet N2, avtager trycket i manometerdosan 10 enligt partiet D'0 av kurvan III under det att trycket vid komp- ressorns utlopp ändras enligt partiet DO av kurvan II.

Beloppet N2 beror av turbokompressorns perimetrar och för- hållandet mellan sektionen av öppningen 15 och av kanalen 12.

I allmänhet är beloppet N2 1-2 r/s mindre än beloppet N1.

Den i fig 4 visade utföringsformen har den fördelen, att gaser införes i manometerdosan, vilka har en temperatur, som är lägre än avgastemperaturen, men det ligger inom ramen för upp- finningen att förbinda rörledningarna 11 och 28 med turbinens 448 499 23 inlopp respektive utlopp. ' .qI-áanlkv-nm., .. ß v-J» ._

Claims (3)

s9¿ g 1 448 4991 I patentkrav

1. ; Anordning för reglering av trycket av en fluid, som under tryck alstras av en fluidkälla (1), vilken matar en a användningskrets, innefattande en shuntrörledning (3;27) förbunden parallellt med användningskretsen, ett avstäng- ningsorgan (5), §Om kan intaga två lägen, av vilka-det förs- ta tillåter en del av fluiden att strömma genom shuntled- ningen, een det andra hindrar varje flniafiöae 1 ehunriea- aningen, och ett styrorgan anordnat att automatiskt anbringa eavstängningsorganet (S) i dess första läge, när trycket är större än ett på förhand bestämt belopp, vilket styrorgan inneratcer en manometerdoee (10) förbunden men flniakäiien (1), en styrspindel (8) hos avstängningsorganet (S), vilken är stelt förbunden med ett i manometerdosan rörligt membran (9), och en kalibrerad fjäder (7) anordnad att hålla avstäng- ningsorganet (5) i sitt andra läge, när trycket understiger det på förhand bestämda beloppet, k ä n n e t e c k n a d * av att manometerdosan (10) innefattar dels en första måttbe- w» f stämd öppning (15), genom vilken den står i förbindelse med fluidkällan (1), dels en andra mâttbestämd öppning (13), ge- nom vilken den i manometerdosan inneslutna fluiden kan ut- strömma till den omgivande atmosfären, samt att anordningen innefattar ett medel (16) för avstängning av den andra öpp- (_ ningen (13), när trycket i manometerdosan ökar och uppnår ett referensbelopp, som är lägre än det på förhand bestämda be- loppet. 1 g ' nu _

2. Anordning enligt krav 1, i vilken spindeln (8) är styrd av ett lager (16),_ k ä n n e t etc k n a d av att den -andra mâttbestämda öppningen utgöres av en måttbestämd kanal (12)) som är upptagen i spindeln och vid en ände mynnar i ma- nometerdosan (10) och vid den andra änden medelst en radiell öppning (13) mynnar på utsidan av manometerdosan, varvid av- stängningsmedlet utgöres av styrlagret (16), som täcker den -radiella öppningen (13), när spindeln (8) förflyttas från lavstängningsorganets (5) andra läge.

3. Anordning enligt krav 1, ak ä n n e t e c k n a d av _ att manometerdosan (10) vidare innefattar ett andra rörligt É nenbren (17), en ned detta fast förbunden elia (18), ett stvrlager för sliden (18) och en fjäder (19), som är kalib- 448 499? 1ío rernd till ett referensbelofip, varvid den"andra måttbestämda öppningen utgöres av en mâttbestämd borrning (12), som är upp- tagen i sliden (18) och vid én ände mynnar i manometerdosan (10) och vid den ändra änden via en radiéil öppning mynnar på utsidan áv manometerdosan, och att avstängningsmedlet utgöres av slidens (18)_styrlager, som täcker den radiella öppningen, 14!