SE501528C2 - Reglerventil, särskilt 2- eller 3-vägsventil - Google Patents

Description

501 528 2 reglerventil, objekt och förbigångsventil skall ha samma resulterande kapacitetsvärde (konstantflöde) för alla in- ställningar av reglerventilen. Annorlunda uttryckt skall kombinationen utgöra ett konstant motstånd i rörnätet.

Detta krav motiveras av önskemålet att totalvolymströmmen skall vara konstant, oberoende av reglerventilens inställ- ning, för att icke tryckstörningar skall uppträda i andra delar av rörnätet. Man kan då välja mellan symmetriskt och asymmetriskt ventilutförande.

En ventils storlek kan anges genom dess "kapacitetsvärde" vilket är den mängd vatten, som en fullt öppen ventil kan släppa igenom vid en tryckskillnad av 1 bar.

Vid reglerventiler brukar man skilja mellan "enkelsätiga" och "dubbelsätiga" ventiler. Begreppet "dubbelsätig" anger att i ventilen anordnas två parallella vägar med samma inlopp och samma utlopp för att utbalansera krafterna från fluidtrycket som påverkar käglan. En 3-vägsventil har visserligen två säten men den brukar räknas som enkelsätig då endast ett säte finnes i varje väg mellan inlopp och utlopp.

Ett annat begrepp för att ange erforderliga ventildata är "lyfthöjd“, vilket anger käglans rörelse.

Föreliggande uppfinning hänför sig särskilt till regler- eller sätesventiler av det slag som beskrives i SE,B,73l4834-8 (INRECO)(publ.nr 381.326) och dess utländska motsvarigheter.

En sådan ventil har med framgång använts under ett stort antal år, t.ex. för att förse regulatorstyrda vattenbatterier av det slag som beskrives i utläggningsskriften med erforder- lig vattenmängd, varvid den även i praktiken visat sig på ett förtjänstfullt sätt lösa de problem som anges i publikatio- nen. 501 528 En betydelsefull fördel hos denna kända ventil är att på enkelt sätt kontinuerlig variation av portarean medgives utifrån, då systemet är under tryck samtidigt som man enkelt kan erhålla en indikering av vilken portarea som är inställd.

Ventiler av detta slag har konstruerats för ett kpvärde varierande mellan 0,6 och 3, dvs med en genomströmmad vatten- mängd mellan 600 1/h och 3 nfi/h.

Emellertid har å senare tid presenterats krav på ett större variationsområde förlg-värdet till att ligga t.ex. mellan 0,25 och 4 vilket medför stora för att icke säga olösliga problem om en kägelkropp av det slag som beskrives i ovan- nämnda utläggningsskrift skall komma till användning.

För en genomströmningsvolym av 41f/h måste sålunda kägel- diametern ha en viss storlek. Därvid uppkommer en spalt omkring käglan mot sätet, vilket medför visst läckage. Ju större diameter, desto större blir spalten och därmed läckaget. Ett sådant läckage är emellertid mycket ogynnsamt vid det mindrelg-värdet, eftersom läckaget kan bli av nästan samma storleksordning som regleringen, speciellt med hänsyn till de tillverkningstoleranser som alltid måste beräknas föreligga.

Ett annat problem har samband med önskemålet att kunna an- vända en reglermotor med kortare slaglängd, t.ex. 5,5 mm, dvs med ett motsvarande värde för ventilens lyfthöjd.

Uppfinningens ändamål I motsvarighet härtill är ett ändamål med uppfinningen att åstadkomma en regler- eller sätesventil av angivet slag som även vid liten lyfthöjd uppvisar ett större variationsområde för kr-värdet än som tidigare varit möjligt.

Ett annat ändamål är att åstadkomma en regler- eller sätes- ventil av angivet slag vid vilken förekommande läckage icke har menlig inverkan på minimiflödet. 501 528 Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma en regler- eller sätesventil av angivet slag vilken har en kägla med begränsat minimi-kg-värde och steglöst variabelt kr-värde.

Kortfattad redogörelse för uppfinningen Enligt uppfinningen har åstadkommits en regler- eller sätes- ventil som uppfyller dessa och andra ändamål genom att den givits i bifogade patentkrav 1 angivna kännetecken.

Vid en med sådana hylselement försedd reglerventil kan tät- ningsytorna ges större längd än vid den tidigare kända venti- len varigenom kg-värdets variationsområde kan öka.

Detta speciellt om enligt en föredragen utföringsform tät- ningsytorna följer en respektive hylselement runtomgående kurva eller sicksacklinje.

Det inses att tätningsytor av detta slag kan erhålla stor längd på vilket sätt det eftersträvade stora kontinuerligt föränderliga variationsområdet förlg-värdet enkelt kan er- hållas.

Samtidigt kan vid en i praktiken föredragen utföringsform läckageproblemet vid minimiflöde bemästras genom att en tätningsyta utmed en del av periferin uppvisar en läckspalt, så att hylselementen även i sammanfört läge med tätnings- ytorna i inbördes ingrepp medger passage av ett minimiflöde.

Läckspalten dimensioneras därvid att motsvara det eftersträ- vade minimiflödet, vilket sålunda innebär att med tätnings- ytorna i inbördes ingrepp kan normal reglering ske på hela lyfthöjden utan menlig inverkan av läckage.

Detta minimivärde kan, såsom ovan angivits, t.ex. uppgå till 250 1/h vilket är mindre än som varit möjligt då läckage förekommit i samband med tidigare kända ventiler. 501 528 Vid uppfinningen erhålles i stället fördelen att läckspalten vid separerade tätningsytor ingår som en liten del av den totala flödespassagen.

För bästa funktion föredrages härvid att den axiella ut- sträckningen av läckspalten åtminstone motsvarar ventil- slidens lyfthöjd. Läckspalten uppvisar också lämpligen en progressiv ökning i den riktning sliden rör sig till öppet- läget.

Läckspalten för minimiflöde kan därvid lämpligen förlöpa utmed ca 1/4 av den relativt spindeln rörliga kägeldelens periferi.

I praktiken föredrages därjämte att det axiella maximiavstån- det mellan sätesdelens och kägeldelens tätningsytor åtminsto- ne motsvarar ventilslidens lyfthöjd. På detta sätt tillför- säkras att maximiflöde kan genomströmma ventilen då så er- fordras.

Uppfinningen avser även en reglerventil utformad som 3-vägs- ventil vilken reglerventils väsentliga kännetecken är angivna i patentkrav 8.

Några utföringsformer av uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med hänvisning till bifogade schematiska ritnings- figurer.

Kortfattad redogörelse för gitniggsfiggrerna Fig. 1 är en perspektivvy av en ventilslid eller -kägla till en 3-vägs reglerventil enligt uppfinningen.

Fig. 2 är ett snitt genom ventilsliden enligt fig. 1.

Fig. 3, 4 och 5 är delvis skurna planvyer av en i ett ventil- hus inbyggd ventilslid enligt fig. 1 och 2, varvid fig. 3 åskådliggör tätningsytorna i ingrepp för genomströmning av ett minimiflöde, fig. 4 tätningsytorna något separerade för 501 528 genomströmning av ett medelstort flöde och fig. 5 tätnings- ytorna maximalt separerade för genomströmning av ett maximi- flöde.

Fig. 6 är ett tvärsnitt genom en 3-vägs reglerventil vars centrala del utgör en ventilslid eller -kägla enligt övriga figurer.

Motsvarande delar har givits samma hänvisningsbeteckningar i de olika figurerna.

Kortfattad redogörelse för föredragna utföringsformer Pig. 1 är en perspektivvy av en ventilslid eller -kägla 1 till en reglerventil, t.ex. för matning av varmt eller kallt vatten till en värmeväxlare.

Ventilsliden 1 har en relativt en spindel 2 fast central del 3 som vid mitten uppvisar ett cylinderformat parti 3a av större diameter än slidens övriga del vilket parti i ändarna uppvisar O-ringar 4 inrättade att åstadkomma avtätning mot reglerventilens båda säten.

Utanför den centrala delen 3 finnes hylsformade sätesdelar 3b som uppvisar periferiella tätningsytor 3c vilka förlöper ut- med en kurvlinje periferiellt runtom respektive hylsdel 3b.

Dessa kurvformade tätningsytor 3c är inrättade för samverkan med motsvarande kurvformade tätningsytor 5c på relativt den centrala sätesdelen 3 rörliga kägeldelar 5.

Rörligheten åstadkommas genom att kägeldelarna 5 samverkar med vardera en mutter 6 som är pågängad spindeln 2, varvid spindeln 2 uppvisar högergängning i sin ena ände och vänster- gängning i sin andra. Vid omvridning av spindeln 2 medelst kägelspindelfästet 26 bringas sålunda de hylsformade kägel- delarna 5 med sina tätningsytor 5c att röra sig antingen mot eller från den fasta sätesdelen 3 med dess tätningsytor 3c. 501 528 Tätningsytorna 3c, 5c följer såsom framgår en periferiell kurva runtom hylselementen 3b och 5. På detta sätt bibringas passagen mellan sätes- och kägeldelarna stor längd så att - även vid måttliga dimensioner för ventilslidens diameter - ett stort k;-värde eller genomströmmad mängd kan erhållas.

Fig. 2 visar tätningsytorna 3c, 5c i ingrepp varvid genom- strömning av ett minimiflöde ändå åstadkommes. Detta genom att kägeldelarna 5 uppvisar vardera en läckspalt 7 begränsad av linjer Sa, 5b vilka sålunda avviker från den kurva som de fasta hylsformade sätesdelarnas 3b tätningsytor 3c bildar.

Genom att ventilsliden uppvisar sådana läckspalter 7 elimine- ras de problem som har samband med läckagets inverkan på ett inställt minimiflöde. En ventilslid av i fig. 1 och 2 visat slag uppvisar sålunda ett läckflöde som motsvarar det önskade minimiflödet, varvid ventilsliden då den befinner sig i sitt ena ändläge åstadkommer fullständig avtätning under det att den i sitt andra ändläge medger passage av det önskade mini- miflödet.

Vid separerade tätningsytor 3c, Sc såsom visas i fig. 1 ingår läckspalten som en liten del av den totala flödespassagen 8 mellan tätningsytorna 3c, 5c.

Den axiella utsträckningen av läckspalten 7 bör åtminstone motsvara Ventilslidens lyfthöjd.

På motsvarande sätt bör det axiella maximiavståndet mellan sätesdelens 3 tätningsytor 3c och kägeldelarnas 5 tätnings- ytor 5c åtminstone motsvara ventilslidens lyfthöjd för att maximiflöde genom ventilen skall tillförsäkras.

I fig. 2 visade axiellt riktade stiftformade styrningar för ventildelarna betecknas med 9.

Fig. 3-5 är planvyer som åskådliggör en i ett ventilhus 11 upptagen ventilslid eller -kägla 3 med olika lägen för kägel- delarna 5c i förhållande till de fasta sätesdelarna 3a, 3b. 501 528 ventilsliden 1 är rörlig mellan två säten i ventilhuset 11 och visas i sitt nedre sätesläge.

I fig. 3 befinner sig tätningsytorna 3c, 5c i ingrepp varvid ett minimiflöde kan passera genom läckspalten 7 definierad av linjerna Sa, 5b som begränsar läckspalten i respektive kägel- del 5.

I fig. 4 visas ett mellanläge i vilket nämnda läckspalt 7 in- går såsom en liten del av den totala flödespassagen 8.

Fig. Sa åskådliggör det relativa läget mellan ingående delar vid passage av ett maximiflöde.

Fig. 3 är ett tvärsnitt genom en 3-vägs reglerventil försedd med en ventilslid 3 enligt fig. 1-5.

Reglerventilen kan vara anordnad i ett matningssystem till ett varmvattenbatteri, exempelvis till en luftbehandlings- anläggning och vilket kan vara av det slag som beskrives i ovannämnda svenska utläggningsskrift SE,B,7314834-8.

Till ventilhuset 11, i vilket ventilsliden 1 är upptagen, leder ett inlopp 12 och från ventilhuset 11 leder ett utlopp 13. Dessutom finnes ett ytterligare inlopp 14 för en by-pass- krets genom vilket vatten strömmar till utloppet 13, då ventilsliden 3 befinner sig i det i fig. 6 visade läget, dvs inloppet 12 är slutet.

I ventilhuset 11 finnes en sätesring 15 som är avtätad mot kägeldelen 5 via en 0-ring 16 och mot det omgivande huset 11 via en 0-ring 17.

I ventilhusets nederdel är den nedre kägeldelen 5 avtätad mot ventilhuset 11 via ytterligare en O-ring 16. En låsring 18 håller sätesringen 15 på plats. 501 528 Lyfthöjden eller reglerslaget för den i fig. 6 visade regler- ventilen kan exempelvis vara 20 mm. Reglermotorn (icke visad) är anordnad på ett i ventilens övre ände anordnat motorfäste 29. Reglermotorn arbetar mot en tryckfjäder 27, som återför spindeln 2 till det i fig. 6 visade utgångsläget. För in- ställning av storleken av genomströmningsöppningen 8 mellan ventilslidens kägeldelar 5 och respektive sätesdel 3b om- vrides spindeln 2 medelst en manöverratt 30. Naturligtvis är det även tänkbart att för ändamålet använda en motor.

En skala 32 anger ventilens inställda R;-värde, vilket vid den visade utföringsformen t.ex. kan ligga mellan värdena 0,25 och 3,5. Med 35 betecknas ett lock och med 36 en packbox till ventilen.

Med 38 och 39 betecknas två mätnipplar vilka kan användas för att ange vätsketrycket i inloppsledningen 12 resp. utlopps- ledningen 13 och med hjälp av vilka sålunda tryckfallet över ventilen kan bestämmas.

Då reglerventilen befinner sig i det i fig. 6 visade läget passerar ett by-pass-flöde från inloppet 14 till utloppet 13.

Flödesmängden inställes genom påverkan av manöverratten 30 varvid genomströmningsspalten 8 mellan kägeldelens 5 tät- ningsyta 5c och sätesdelens 3 motsvarande tätningsyta 3c bestämmes.

Då tätningsytorna 5c, 3c befinner sig i ingrepp passerar endast ett minimiflöde genom den av ytorna 5a och 5b begrän- sade läckspalten 7 i den nedre kägeldelen 5.

Då handmanöverratten 30 påverkas för ökning av genomström- ningsöppningen 8, t.ex. till det i fig. 6 visade värdet, så utgör läckspalten 7 endast en liten del av den totala genom- strömningsöppningen.

Då reglermotorn initieras för axiell förskjutning av ventil- spindeln 2 rör sig ventilsliden eller -käglan 1 till det läge 501 528 10 där den nedre tätningsringen 4 tätar mot motsvarande nedre säte i ventilhuset. Genomströmning av ventilen sker därvid från inloppet 12 till utloppet 13 och genomströmningsöpp- ningen kan regleras kontinuerligt från noll, då ett minimi- flöde avges genom läckspalten 7, till ett maximiflöde då tätningsytorna 5c, 3c befinner sig på det största inbördes avståndet.

Det inses att den kurva eller sicksacklinje som begränsar genomströmningsöppningen kan ha mycket olika form inom ramen för uppfinningens grundtanke.

Den kan eventuellt följa en spirallinje som i ena änden begränsas av en ansats dvs en rakt axiell linje och som har en stigning svarande mot ventilens lyfthöjd.

Claims (9)

501 528 ll Patentkrav

1. Regler- eller sätesventil, särskilt 2- eller 3- vägsventil, t.ex. för matning av varmt eller kallt vatten till värmeväxlare, vilken reglerventil innefattar en på en förskjutbar spindel (2) anbragt ventilslid (1) med en rela- tivt spindeln fast sätesdel (3) och en relativt spindeln axiellt rörlig kägeldel (5) anordnad att vid omvridning av spindeln (2) med sätesdelen (3) bilda en port med kontinuer- ligt variabel portarea under bibehållen axiell förskjutbarhet hos ventilsliden (1), k ä n n e t e c k n a d av att ventil- slidens relativt spindeln fasta sätesdel (3) och den rörliga kägeldelen (5) innefattar spindeln omgivande hylselement (3b, 5) med mot varandra ingripande periferiella tätningsytor (3c, 5c).

2. Reglerventil enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att tätningsytorna (3c, 5c) följer en respektive hyls- element runtomgående kurva eller sicksacklinje.

3. Reglerventil enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att en tätningsyta (5c) utmed en del av periferin uppvisar en läckspalt (7), så att hylselementen (3c, 5) även i sammanfört läge med tätningsytorna (3c, 5c) i ingrepp medger passage av ett minimiflöde.

4. Reglerventil enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att läckspalten (7) vid separerade tätningsytor ingår som en liten del av den totala flödespassagen (8).

5. Reglerventil enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a d av att den axiella utsträckningen av läckspalten (7) åtminstone motsvarar ventilslidens (1) lyfthöjd.

6. Reglerventil enligt krav 5, k ä n n e t e c k - n a d av att läckspaltens (7) dimension ökar progressivt i den riktning sliden rör sig till öppningsläget. 501 528 12

7. Reglerventil enligt något av krav 1-6, k ä n n e - t e c X n a d av att det axiella maximiavståndet mellan sätesdelens (3) och kägeldelens (5) tätningsytor (3c, 5c) åtminstone motsvarar ventilslidens lyfthöjd.

8. Reglerventil enligt något av krav 1-7, använd såsom 3-vägsventil, vid vilken ventilsliden (1) är rörlig mellan två säten i ett ventilhus (11), k ä n n e t e c k n a d av att ventilslidens (1) sätesdel (3) har ett centralt parti (3a) av större diameter än slidens övriga del, vilket i ändarna uppvisar O-ringar (4) inrättade att åstadkomma avtät- ning mot respektive säte.

9. Reglerventil enligt krav 8, K ä n n e t e c k - n a d av att det säte, över vilket det största tryckfallet förekommer, är anordnat i en ände av en ventilhuset (11) beklädande sätesring (15), som är avtätad mot den innanför befintliga, ventilsliden (1) tillhöriga kägeldelen (5) via en O-ring (16) och mot det omgivande ventilhuset (11) via ytter- ligare en 0-ring (17).