SE467546B - Anordning foer styrning av undertrycket - Google Patents

Description

467 546 10 15 20 25 30 35 2 US-PS 4 466 455 avser en anordning för styrning av undertryck. Vid denna anordning användes en fram och åter förflyttbar kolv och ett böjligt membran, som arbetar som en ventilanordning. När kolven förflyttar sig åt ena hållet, stänger membranet öppningen i kolvens sidovägg och vid motsatt rörelseriktning frilägges öppningen.

Vid de tillämpningar, där membran användes för att täcka och frilägga öppningar i en strypmekanism, användes kraftiga membran eller Bellowframs®. Det kraftiga membra- net har mindre böjlighet och därför sämre reaktion med åtföljande kraftigare hysteres. Dessutom finns det vid vissa tillämpningar, speciellt vid papperstillverkning, en risk för nedsmutsning av de med nödvändighet små hål, som användes för strypningen. Det skulle därför vara önskvärt att åstadkomma en anordning för styrning av undertryck, som är böjlig, reaktionskänslig och vid vilken man inte behöver använda små öppningar som riskerar att sättas igen av föroreningar, som fastnar i dessa.

Det är därför ett huvudsyfte med föreliggande uppfin- ning att åstadkomma en anordning för undertrycksstyrning, där man inte behöver använda kraftiga membran och små strypöppningar.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma en styr- anordning, som är böjlig och ger reducerad hysteres och snabbare reaktion.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma en styr- anordning, vilken fungerar automatiskt och dessutom kan anpassas för användning vid olika tillämpningar och i vilken kan ingå ett âterkopplingsorgan, så att ventilen kan bli självreglerande.

Föreliggande uppfinning avser en anordning för styr- ning av undertryck, vid vilken användes en utjämningskolv, som är anordnad att styra en kammare med reglerat under- tryck, exempelvis en kammare, som är kopplad till suglåds- partiet i en pappersmaskin. Ett utrymme förekommer mellan en övre större kolv och ett på en mindre nedre kolv anord- nat membran. Membranet är utsatt för tryck medelst kompri- 10 15 20 25 30 35 467 546 3 merad luft, som strävar att lyfta hela enheten som en följd av skillnaden i kolvarnas areor. Den nedre kolvens undersida utsättes för det reglerade eller styrda under- tryck, som matas exempelvis till suglådorna och som drar enheten nedåt. Signalen avseende komprimerad luft regleras för att alstra en kraft, som är lika stor som den kraft som alstras av effekten från det styrda undertrycket mot den nedre kolvens undersida. Hela kolvenheten är fri att röra sig vertikalt till ett läge, där de involverade kraf- terna balanserar varandra.

Strypning àstadkommes medelst en vertikal slits med konstant diameter och varierbar höjd. Den nedre kolven utsättes endast för styrt undertryck och inte för det genomsnittliga undertrycket hos samlingsröret eller vakuumkällan och styrundertrycket. Användningen av en större (varierbar) strypgång eliminerar risken för igen- sättning av stryphålen. Dessutom blir det möjligt att använda ett lättare membran, vilket ger större böjlighet och snabbare reaktionstid.

Kolvens form kan varieras så länge som styrarean, dvs. den area, mot vilken det styrda eller reglerade undertrycket verkar, upprätthålles genom ventilens geometri, så att undertryck från samlingsrör eller källan inte vandrar under kolven och därigenom påverkar styr- ningen av kolven.

Utjämningskolven kan dessutom bestå av flera kolvar, som arbetar i tandem för de speciellt förekommande utjäm- ningsbehoven och kan även omfatta ett àtermatningsorgan för att möjliggöra självkorrigering av ventilen.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka fig. l är en skuren vy av ett organ för styrning av under- tryck enligt redan känd teknik, fig. 2 är en skuren vy av ett organ för styrning av undertryck enligt föreliggande uppfinning, fig. 3A är ett i förstoring visat delsnitt av ett modifierat utförande av en anordning för styrning av undertryck enligt föreliggande uppfinning med kolven i 467 546 10 15 20 25 30 35 4 mittläge, fig. 3B är en vy liknande 3A med kolven i helt stängt läge, fig. 3C är en vy liknande fig. 3A och fig. 3B med kolven i helt öppet läge och fig. 4 är en i förstoring visad vy av en anordning för styrning av undertryck lik- nande fig. 3A-3C men utformad med två utjämningskolvar enligt föreliggande uppfinning.

I fig. 2 visas en ventil eller anordning 10 för styrning av undertrycket med ett cylindriskt ytterhölje eller hus 12, i vilket ett ventilorgan 14 är fram och åter rörligt. Styranordningen 10 är kopplad till undertrycks- källa genom en ledning 16 och exempelvis till en separator och reglerat eller styrt undertryck vid exempelvis suglå- dorna genom en ledning l8.

Ventilorganet 14 består av två kolvar, varav den första kolven 20 är större än den andra kolven 22, och kolvarna 20 och 22 är sammankopplade med en stång 24, så att de rör sig i tandem. Varje kolv 20 och 22 är försedd med rullmembran, nämligen ett övre membran 26 och ett nedre membran 28, vilka avgränsar kammare 30 och 30A. Det nedre membranet är beläget mellan kolven 22 och en nedåt riktad, odelad hylsa 34.

Kolven 22 är belägen ovanför ett cirkulärt ventilsäte eller ringformigt organ 32, vilket tillsammans med kolven 22 har till uppgift at avgränsa en kammare 36, med vilken ledningen 16 står i förbindelse.

Kammaren 30A kan ha atmosfärstryck och kammaren 30 står i förbindelse med en styrtryckskälla via ett inlopp 38. När trycket i kammaren 30 ökar strävar det att lyfta ventilenheten 14.

Undersidan 40 hos den nedre kolven 22 är utsatt för det styrda eller reglerade undertryck, som strävar att dra enheten nedåt. En signal för styrluft vid 38 kan inställas så, att en kraft alstras, som är lika stor den kraft, som alstras av det önskade, styrda undertryck mot undersidan 40 på den nedre kolven 22. Hela kolvenheten är fritt ver- tikalt rörlig till ett läge, där de involverade krafterna balanserar varandra. 10 15 20 25 30 35 467 546 5 Strypning erhålles medelst en vertikal öppning med konstant diameter och varierbar höjd. Denna bör utgöra det minsta avståndet mellan ventilsätet eller ringen 32 och kolvens 22 undersida 40. Kolven 22 bör inte ha möjlighet att röra sig i så stor utsträckning, att stryppunkten sträcker sig förbi kolvens 22 undersida 40, vilket skulle medföra, att det högre undertrycket i samlingsröret vand- rar under undersidan 40. Om detta skulle inträffa, skulle det få den oönskade följden att samlingsrörets undertryck påverkade styrningen av kolvenheten 14.

I detta avseende har på visat sätt kolvens 22 under- sida gjorts plan och cylindrisk, varvid strypningen äger rum mellan ventilsätet 32 och kolvens 22 kant 42, men även andra former och storlekar på kolvarna kan användas, så länge strypzonen styres på sådant sätt, att samlingsrörets undertryck inte vandrar så, att det påverkar kolvenhetens 14 rörelse. Anordningar, exempelvis i form av avsmalnande kolvar och avsmalnande ventilsäten, kan också användas, om de är lämpliga för detta ändamål.

I fig. 3A - 3C visas i förstoring en undertrycks- styrande ventil 100, som är kopplad till en separator 102 via ett stigrör 104. Stigröret 104 är på vanligt sätt kopplat till en suglåda av det slag, som användes vid papperstillverkning, och en källa av styrt eller reglerat undertryck. Den undertrycksstyrande anordningen 100 är också via en ledning 106 kopplad till en undertryckskälla eller samlingsrör för undertryck. Dessutom användes en luftregulator 108, exempelvis den av Albany International försålda regulatorn AES-70, vars funktion skall beskrivas i det följande.

Anordningen 100 för styrning av undertryck är utfor- mad med en utjämningskolv 110, vilken utnyttjar lufttryck från en regulator 108 för matning av en luftcylinder 112 med låg friktion, som har till uppgift att motverka eller åstadkomma anpassning till den kraft, som verkar mot ventilpluggen eller kolven 114 genom styrt undertryck, såsom också kommer att framgå av det följande. Luftcy- 467 546 10 15 20 25 30 35 6 lindern 112 har en luftkolv 116, vilken är glidbart fram och åter förskjutbar i en cylinder 118, som avgränsar två kamrar, en övre kammare 120 och en undre 122. Kammaren 120 har atmosfärstryck via en öppning 124 och kammaren 122 är kopplad till regulatorn 108 via en öppning 126, så att den önskade tryckvariationen i kammaren 122, som regleras av regulatorn 108, åstadkommer en kraft, som utövas på kolven 116 och möjliggör variation av undertrycket efter önskan.

Kolven 116 är kopplad till kolven 114 via en stång 128.

Kolven 114 är anordnad att röra sig vertikalt innanför en cylindrisk ventilvägg 130, vid vars övre ände avgränsas en kammare 132, som är luftad mot atmosfären via öppningar 134. ' Nedtill är en ventilring eller ett ventilsäte 136 anordnat, i förhållande till vilket kolven 114 rör sig fram och åter. En kammare 137, som är belägen mellan ventilväggen 130 och ventilringen 136, har förbindelse med gången 106. Kolvens 114 läge i förhållande till ventil- ringen bestämmer flödet från suglådan upp genom separatorn 104, genom ventilringen 136 och sidledes från styranord- ningen 100 till samlingsröret för undertryck via öppningen 106. I fig. 3A visas kolvens 114 mittläge eller halvt öppna läge. Kolvens 114 undersida är utformad med V-for- miga skåror 138 längs sin omkrets, genom vilka flödet passerar. Såsom tidigare nämnts kan kolvar med annan, för ändamålet lämplig form användas för detta ändamål.

Fig. 3B visar kolven 114 i dennas helt stängda läge, där flöde genom ventilen är blockerat och fig. 3C visar kolven i fullt öppet läge motsvarande maximalt luftflöde.

Styranordnignen 100 arbetar på följande sätt.

Regulatorn 108 användes tillsammans med luftcylindern 112 för att moverka den kraft, som utövas mot kolven 114, eller för att på annat sätt anpassa dess läge för att variera det undertryck, som matas till anordningen. Den' mot kolven 114 verkande, nedåtriktade kraften uppkommer som en följd av tryckdifferentialen över denna med atmos- färstryck mot dess översida i kammaren 120 och styrt eller 'U 10 15 20 25 30 35 467 546 7 reglerat undertryck mot undersidan i den med stigröret 104 förbundna ledningen 140. ' För att höja nivån på undertrycket vid stigröret 104 och som en följd därav nivån vid suglådan, ökas luft- trycket till kammaren 122 och härigenom ökar den uppåt- riktade kraften mot kolven 116 i sin tur mot kolven 114.

Denna starka kraft förflyttar kolven 114 uppåt och ökar de frilagda öppna areorna hos de V-formiga urtagen, varvid tryckdifferentialen över kolven 114 minskar, vilket medför ett högre undertryck vid stigröret. Kolven 114 rör sig uppåt, tills den nedåtriktade kraften mot ventilpluggen eller kolven 114, tack vare styrundertrycket, blir lika stor som den uppåtriktade kraften som ástadkommes genom luftcylindern 112.

Det omvända förhållandet gäller även, dvs. genom att minska undertrycket vid en given tillämpning minskas det lufttryck, som matas till kammaren 122.

Med hänvisning till fig. 3B skall nedan förklaras de krafter, som verkar när anordningen arbetar. Det skall observeras att resp. kamrar har utmärkts med i följd efter varandra numrerade P för tryck och A för areor.

De nedåtriktade krafterna är följande: Ekvation 1: + vikt av (kolvenheten (kolven 116 och P1 A1 + P3 A2 stången 128) + kolven 114).

Anmärkning: P1 = P3 = As Uppátriktade krafter Ekvation 2: P2 Al + P5 A3 = P2 A1 + A3 (P1 - Anmärkning: P5 = enheten är i drift måste krafterna vara balanserade.

PVAC) atmosfärstryck - undertryck. När Sålunda blir enligt ekvation 3: Pl Al + Pl A2 + Vikt = P2 Al + A3 (P1 - PVAC).

Enligt ekvation 3 spelar undertrycket P4 hos sam- lingsröret ingen roll för styranordningens drift. Detta är viktigt, eftersom det styrda eller reglerade undertrycket 4657 5116 10 15 20 25 30 35 8 skulle variera, om samlingsrörets undertryck förändrades.

I För att beräkna det lufttryck, som behövs för ett givet styrt eller reglerat undertryck, antages följande: P 3 3 1 101,28.10 Pa eller 103,35.10 Pa absolut tryck P2 = reglerat tryck Al = 3 (15,24)2 = 182,53 cmz vid en luftcylinder på 4 15,24 cm A _ fl (21 59 2 2 N . . 2 - - , ) = 365,71 cm for en cylinder med en dia- 4 meter på 21,59 cm 3 n 2 2 n . .

A = - (20,32) = 323,79 cm for en cylinder med en dia- 4 meter på 20,32 cm.

Det antages, att vikten (WTS) hos kolvenheten, som omfattar kolvarna 116 och anslutningsstången 128, uppgår till 1,36 kg (3 lbs) och hos ventilpluggen eller kolven 114 till 2,26 kg (5 lbs) = 3,62 kg (8 lbs).

Det styrda undertrycket = 127 mm Hg eller 17,2 . 103 Pa relativtryck.

Sålunda blir ' 3P5 = Pl - PVAC = 1o3,35.1o3 - 17,2o.1o3 = 85,15 . . 10 Pa absolut tryck.

För att beräkna det lufttryck, som behövs från regulatorn 108 för att hålla ventilen i balans, enligt Ekvationen 3, blir systemets krafter lika med: P1 och A2 + Pl A2 + WTS f P2 A1 + A3 (Pl - PVAC) ELLER 1o3,35.1o3 X 182,53 + 1o3,35.1o3 X 355,71 + 17,2.1o3 = = P2 X 182,53 + 329,79 (1ø3,35.1o3 - 17,2o.1o3), avs.

P2 = 159,15.1o3 Pa. n 10 15 20 25 30 35 467 546 Om man antar, att det styrda undertrycket varie- rar från inställningsvärdet 127 mm Hg med 12,7 mm Hg eller 1,72.1O3 Pa, exempelvis, kan omvandlingskraften eller den obalanserade kraften på ventilen bestämmas på följande sättz' Det antages, att alla värden är desamma som ovan med undantag för P5 sem nu blir 1ø3,3s.1o3 - 15,4a.1o3 eller s7,57.1o3 för ett styrt vekuum på 114,3 mm Hg.

För att återgå till ekvation 3 kan den obalanserade kraften eller korrigeringskraften beräknas på följande sätt: P A 1 1 + P A 2 2 + WTS + F = P2 A1 + A3 (Pl - PVAC) 1o3,3s.1o3 X 132,53 + 1o3,3s.1o3 X 365,71 + 17,zo.1o3 + F = 159,16.1o3 X 182,53 + 329,79 (1ø3,34.1o3 - 1s,4s.1o3) F = 5,08 kg.

Den obalanserade kraft eller korrigeringskraft som verkar uppåt med en kraft på 5,08 kg (ll,2 lbs) knuffar ventilen, pluggen eller kolven 114 uppåt för att ge större öppen area och försöker därigenom att få undertrycket tillbaka till det styrda värdet på 127 mm Hg.

Anmärkning: För att beräkna korrigeringskraften måste man anta, att det finns en lika stor men motverkande kraft F,. som pålägges för att hålla ventilen i balans.

I fig. 4 visas en tandem-anordning för lågfriktions- luftscylindern, där samma delar erhållit samma hänvis- ningsbeteckningar som tidigare med tillsats av primtecken.

Luftcylindern 112' består i detta fall av en dubbelkolv 142 och 144 med kolvstänger 114 resp. 148 och det hela är kopplat till kolven 114'. Fyra kamrar 120', 150, 122' och 152 bildas nu i luftcylindern 112', varvid de två första och de två senare kamrarna arbetar i tandem på resp. kolvar. 4657 5116 10 15 20 25 30 35 10 En beräkning av fördelarna med detta tandemarrange- mang är följande: Nedåtriktade krafter Ekvation 4: Pl Al + P3 A1 + P5 A2 + vikten av (kolvenheten + ventil- pluggen) Uppàtriktade krafter Ekvation 5: P2 Al + P4 Al + P7 A3 = P2 Al + (Pl - PVAC) (A3 = A1) Anmärkning: P1 = P3 = P5 = atmosfäriskt tryck Dessutom: P4 = P7 = Pl - PVAC Det skall observeras, att när enheten är i drift måste krafterna vara i balans.

Ekvation 6: P1 A1 + P3 Al + P (A3 + Al).

Med användande av samma mängder som tidigare givits som exempel, bestämmes det lufttryck, sm behövs från regulatorn 108' för att hålla ventilen i balans, när det styrda undertrycket är lika med 127 mm Hg eller 17,2 . 103 Pa på följande sätt.

Kolvenhetens vikt (kolv 142, 144, stänger 146, 148) antas uppgå till 2,72 kg (6 lbs.) i stället för de 1,36 kg (3 lbs.) som antogs för den enda luftcylindern och ven- tilen, pluggen eller kolven 114' väger fortfarande 2,26 kg (5 lbs.).

Ekvation 6: 1o8,35.1o3Pa x 182,53 + 1o3,35.1o3Pa X 182,53 + 103,35. .1o3Pa x 385,71 + 2,72 kg + 2,26 kg = P2 x 182,53 + 1o3,35.1o3Pa - 17,2.1ø3 (329,79 + 182,53) alltså P2 = 177,o7.1o3 Pa absolut tryck.

A2 + vikt = P2 A1 + (Pl - 5 PVAC) lik 10 15 20 25 30 35 467 546 ll I detta exempel erhålles 177,07.l03 Pa absolut tryck mot 159,15.1o3 Pa. undertrycket varierar från inställningen 127 mm Hg med ett värde på 12,7 mm Hg eller l,72.1O3 Pa, dvs. 114,3 mm Hg, kan korrigeringskraften bestämmas på följande sätt.

Om man antar, att det styrda Ekvation 6 användes för att beräkna den obalanserade kraften.

P = _ 3 3 _ 7 P1 - PVAC - l03,35.l0 Pa - 114,3 x l03,35.l0 Pa - 30 = 88,84.l03 Pa absolut tryck.

Ekvation 6: 1ø3,35.1o3Pa x 182,53 + 1o3,34.1o3Pa X 182,53 + 1o3,35.1o3Pa x 355,71 + 4,98 kg + F = 177,o7.1o3Pa xx 182,53 + 88,84.1o3Pa (329,79 + 182,53) varför F = 13,24 kg.

Sålunda blir F = 13,24 kg (29,2 lbs.), som knuffar pluggen uppåt och möjliggör större öppen area, så att undertrycket kan stiga mot inställt värde jämfört med vad som är fallet med den enda luftcylindern, där en korrigeringskraft på endast 5,08 kg (ll,2 lbs.) förekom.

Beroende på den speciella tillämpningen kan sålunda den dubbla tandemanordningen vara lämpligare.

Det är vid användning av såväl enkelkolvslufts- cylinder som dubbelkolvsluftcylinder önskvärt att man använder cylindrar med mycket låg friktion eller som "friktionsfria", eftersom ju större friktionen är desto mindre blir den styrning, som erhålles. Dessutom kan en bälg eller bälgliknande anordning användas i stället för friktionsfria cylindrar och dessutom även andra anord- ningar som är lämpliga för ändamålet.

Anordningen 112 för styrning av undertryck kan dess- utom omfatta ett återmatningsorgan 154, som kopplar kamma- ren 152 till stigröret 104 eller ledningen 140; Härigenom åstadkommes återmatning eller självkorrigeringsegenskaper mellan P och P . Om P7 går upp,kommer även P4 att gå upp 4 7 och därigenom tvinga kolvenheten uppåt, med resultat att \.

P7 minskar och ger önskad självkorrigering.

Claims (6)

467 546 10 15 20 25 30 35 12 PATENTKRAV

1. Anordning för styrning av undertrycket vid ett visst ställe, k ä n n e t e c k n a d a v ett ventil- hus (12), av organ (16) för anslutning av detta hus (12) till en undertryckskälla och till ett styrt undertryck, av en utjämningskolv (20, 22) i ventilhuset (12) för rörelse fram och åter i detta och omfattande en första kolv (20), som är anordnad att förskjutas fram och åter i en kammare (30) och att påverkas av ett styrtryck i denna kammare för styrning av utjämningskolven (20, 22), av en ventilkolv (22), som är sammankopplad med den första kolven (20, 22) för alstring av en koncentrisk belastning utan förspänning på ventilkolven, varjämte rörelsen av den första kolven (20) medför en motsvarande rörelse av ventilkolven (22), av ett ventilsäte (32), som är beläget mellan undertrycks- källan och det styrda undertrycket, varjämte ventilsätet (32) är anordnat att mottaga ventilkolven (22), som utför en fram och åter gående rörelse i förhållande till ven- tilsätet (32) från helt öppet läge till helt stängt läge, för att därigenom styra undertrycksmatningen från under- tryckskällan till det styrda undertrycket medelst en strypning av undertryckskällan i förhållande till det styrda undertrycket mellan ventilkolven (22) och ventil- sätet (32) utan att påverka ventilkolvens (22) rörelse mellan nämnda lägen för strypningsändamål, så att ventil- kolven (22) förblir i balans längs hela sin rörelsebana.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e- t e c k n a d d ä r a v, att ventilsätet består av ett ringformigt organ (32), i vilket en öppning upptagits för ventilkolven (22), vilken har en nedre kantdel (40) för ingrepp med öppningen, och att strypningen sker över en vertikal slits med föränderlig bredd, vilken slits bildas mellan kanten på ventilkolvens (22) botten (40) och det ringformiga organet (32). f) 10 15 20 25 30 35 467 546 13

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e- t e c k n a d d ä r a v, att ventilkolvens (114) botten är utformad för ingrepp med nämnda öppning, och att öppningen är utformad med ett antal V-formiga urtag (138), samt att strypningen sker över en slits, som bildas mellan ventilkolvens (114) botten och det ringformiga organet (136).

4. Anordning enligt patentkraven 2 och 3, k ä n- n e t e c k n a d d ä r a v, att utjämningskolven (110) består av en luftcylinder (112), som har låg frik- tion och minst en, med ventilkolven (114) med hjälp av en kolvstång (128) sammankopplad luftkolv (116) och att organ ' är anordnade för att.reglera luftkolvens (116) rörelse genom reglering av tryckskillnaden över denna för att åstadkomma önskad strypning medelst ventilkolven (114) (fig. 3).

5. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e- n a d d ä r a v, att luftcylindern (112') har minst två tandemkopplade luftkolvar (142, 144).

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v àterkopplingsorgan (154) som är kopplade mellan utjämningskolven (142, 144, 114) och det styrda undertrycket för àtermatning av tryckför- ändringar i det styrda undertrycket i och för reglering av utjämningskolvens (142, 144, 114) funktion för att åstad- komma självkorrigering av denna.