SE506885C2 - Reglerventil för tryckmediumdrivna motorer - Google Patents

Description

l0 15 20 25 506 885 2 varvtalsreglator blir emellertid relativt komplicerad och har ej funnit någon vidsträckt användning.

Genom EP-Al-O575.30l är tidigare känd en hastighetsregulator för tryckluftdrivna höghastighetsturbiner, vilken regulator innefattar ett ventilelement, som är anordnat att styra trycklufiflödet genom inloppskanalen samt ett ventilelementet aktiverande kolvorgan som är påverkat av ett hastighetsberoende styrtryck. Styrtrycket erhålles från ett luftflöde som ledes till ett tomgångsmunstycke och som passerar turbinhjulet innan det strömmar till kolvorganet.

Styrtrycket är avgörande för hur mycket kolvorganet förmår hålla ventilelementet i öppet läge mot entjäderkrafi och hur mycket lufiflödet till turbinhjulet stryps. Konstruktionen kräver snäva toleranser, samverkande kolvar med tärningar, och är dessutom beroende av ”i trycktjäderkarkteristiken. Detta sammantaget medför en för driftstörrnningar känslig, men även framställningsmässig dyr anordning.

Vad som ovan angivits har hänförts till maskiner drivna med trycksatt gas, i praktiken lufi, vars expansion över ett visst tryckfall åstadkommer arbetet. Detta kan uttryckas som rotationshastighet gånger utövat moment. Vid konstant lutttillförsel kommer således ett ökande moment att leda till ett minskande varvtal. Ett motsvarande förhållande uppkommer även vid motorer drivna av en vätska, som tär avge arbete genom ett visst tryckfall hos ett flöde.

Reglerventilen enligt uppfinning kan därför även ha sin tillämpning vid vätskedrivna motorer under förutsättning att vätskan inte tillföres i tvångsmässigt styrd volym per tidsenhet. Många hydraulmotorer drives dock av pumpar vars flöde, kan inställas på ett konstant värde och om en sådan driver en hyraulmotor av deplacementstyp kommer en ökning av belastningen på motom ej att leda till lägre varvtal utan istället till högre tryck i vätskan, resulterande i större motstånd i pumpen och därmed större uträttat arbete. Vid hydraulmotorer icke av deplacementstyp och drivning på annat sätt än medelst en deplacementspump till exempel med tryckvätska från en tryckackumulator, kan dock reglerventilen enligt uppfinningen tänkas tillämpbar även inom det hyrauliska området. 10 15 20 25 506 885 Redgggrelse för uppfinningen: Uppfinningens grundprincip är att man utnyttjar förändringar i ñuidumströmmen genom motom i beroende av dess belastning för reglering av varvtalet. En belastning av motom, som leder till lägre varvtal innebär nämligen ändrat tryck och genomströmningsvolym. Om vid belastningen varvtalet tenderar att sjunka kan detta motverkas genom att törändringama i strömmen genom motom får påverka en ventil, som styr tillflödet till motor. Det är denna ventil som utgör uppfinningen.

Genom densamma kan man således erhålla en varvtalsreglering för upprätthållande av ett i stort sett konstant varvtal oberoende av momentbelastingen utan att någon komplicerad a: f centrifugalregulatorer eller kolvarrangement erfordras.

Uppfinningen bygger på följande princip. Åtminstone vid deplacementsmotorer drivna av ett kompressivt tryckmedium såsom lufi, töres genom motorn en konstant absolut volym för varje rotorvarv hos motom, som exempelvis kan vara en lamellmotor. Med absolut volym avses därvid ett volymmått, som är oberoende av trycket. Detta innebär att inströmningen per tidsenhet av tryckmediet i absolut volym räknat blir direkt proportionell till motoms varvtal. Vid en bestämnd kanalarea i motoms inlopp kan detta även uttryckas som att strömningshastigheten är proportionell till varvtalet under förutsättning att medietrycket vid mätstället är detsamma som i motoms celler i vilka mediet fóres från inloppet till utloppet under uträttande av motoms arbete.

Ju större drivmoment, som pålägges motorn, ju högre måste trycket in till densamma vara. Om motoms varvtal regleras genom en ventil i inloppet, vilket här törutsättes, betyder detta att vid högre momentbelastning på motom kommer, om ventilen hålles vid en konstant öppning, trycket in till motom att öka, vilket vid den konstanta inströmningen innebär att en mindre absolut volym tillföres motom genom att mediet komprimerats. Därmed minskas varvtalet. Om varvtalet skall bibehållas konstant eller kunna regleras oberoende av momentan momentbelastning måste detta ske genom reglerad tillströmning av mediet medelst den nämnda ventilen. Härigenom kan den absoluta volymgenomströmningen och därmed motoms varvtal regleras. 10 15 20 25 506 885 4 Om regleringen skall vara automatisk, så att varvtalet anpassar sig till pålagt moment, vilket är uppfinningens ändamål, kan detta enligt uppfinningen ske på så sätt att inströmningen till motorn i absolut volym räknat tillåtes styra tillströmningen fi-ån tryckkällan till motom, Uppfinningen bygger således på principen att medel för styrning av tillströmningen av absolut volym per tidsenhet anordnas i motoms inlopp och att dessa medel är kopplade till en ventilanordning vid inloppet för styming av densamma, så att varvtalet kan konstanthållas oberoende av pålagt moment. Altemativt kan reglersystemet vara så anordnat, att varvtalet förändras i beroende av pålagt moment efter ett förutbestämt samband, så att- exempelvis varvtalet ökas vid högre belastning (i stället för att minskas såsom sker om ingen relgering finns).

Företrädesvis mätes inströmningen i absolut volym som strömningshastighet, varvid styrrnedlet skall reglera strömningshastigheten oberoende av trycket.

Uppfinningen karaktäriseras sålunda av att ventilkroppen är skivforrnig och anordnad med radiellt och axiellt spel i ett utrymme försett med en centralt belägen inloppsöppning och på samma sida som denna med en inloppet periferiskt omgivande mot utrymmet öppen ringkanal, som är ansluten till motoms inlopp, och att utrymmet har sådan vidd, att ventilkroppen är rörlig i densamma, varigenom strömmande medium i utrymmet på ventilkroppens båda sidor genom strömningsdynarniska krafier strävar att trycka ventilkroppen i riktning mot inloppsöppningen och ringkanalerna åstadkommande en stängningskrafi, vilken motverkas av en öppningskraft mot ventilkroppens andra sida genom inströmmande medium så att härigenom upprätthålles en sådan balans i kroppens läge, att den vid ökande mediumtryck i reglerventilens inloppsöppning och ringkanal strävar att förflytta sig från den sida av utrymmet där sagda inloppsöppning och ringkanal är belägna och ökar därvid genomströmningsarean förbi ventilkroppen, så att motoms tendens att minska sitt varvtal vid ökad belastning motverkas och vice versa.

Beskrivning av ritningsfigurema: I det följande beskrivas en utföringsfonn av reglerventilen enligt uppfinningen. Beskrivningen är 10 15 20 25 506 885 5 därvid inriktad på användning vid luftdrivna motorer. Beskrivningen omfattar även en mera teoretisk framställning av uppfinningens beskrivna princip. På bifogad ritning visar Fig I ett schema illustrerande uppfinningens princip: och Fig 2 ett snitt genom en schematiserad regelventil enl. uppfinningen Beskrivning av en föredragen utfóringsforrn I fig. I betecknar I en tryckkälla, exempelvis en kompressor med tryckkärl. 2 betecknar en tillfiårselledning till reglerventilen enligt uppfinningen, vilken betecknas med och visas omsluten av en streckprickad linje. Reglerventilen har en inloppsledning 4, som leder till den av tryckmediet drivna motom 5 och som förutsättes vara en deplacementsmotor, exempelvis en lamellmotor av det slag, som ofta fiirekommeri luftdrivna verktyg. Tryckmediet genom inloppsledningen 4 passerar genom en strypventíl 6, medelst vilken tillflödet genom inloppet kan strypas mer eller mindre.

Efter strypventilen 6 är i ledningen 4 insatt ett styrorgan 7, anordnat att reglera hastigheten hos luftströmmen genom ledningen 4 i beroende av trycket. En reglerfórbindelse 8 fi-ån styrorganet 7 till ventilen 6 sörjer för att mätvärdet från organet 7 påverkar ventilen 6, så att ett konstant flöde i absolut volym räknat erhålles förbi mätorganet och in i motom 5. Därmed regleras varvtalet hos motom att hålla sig konstant oberoende om momentbelastningen, Som nämnts kan regleringen vara avstämd att ge ett av momentet styrt varvtal enligt en förutbestämd kun/a.

Ytterligare törutsättes att ventilen 6 kan styras från ett organ 9, vilket vid luftdrivna verktyg påver- kas manuellt, men som altemativ även kan tänkas påverkas av något annat stynnedel. I stället fór att låta organet 9 påverka ventilen 6 kan en särskild ventil för denna styming vara anordnad vid in- loppsledningen 4. Efter att ha uträttat sitt arbete i motom strömmar mediet ut genom ett utlopp 10. 10 15 20 25 506 885 6 I det följande beskrivas med hänvisning till fig. 2 en utföringsforrn av reglerventilen 3 som fórutsättes vara ansluten med en tillfórselledning 2 tilt ett tryckluftssystem. Dessutom finns i tillfórselledningen till motom en ventil for oberoende reglering av varvtalet, exempelvis manuellt.

Någon sådan ventil visas ej.

Från ventilen 3 finns en utloppsledning 23 för den reglerade luften, vilken utloppsledning är ansluten till motors 5 inlopp fór trycklufien. Lämliga motorer är tidigare kända och kan vara deplacementsmotorer, ofta lamellmotorer, såsom den i fórutnämnda patentskrift beskrivna turbinmotor enligt US-A-5 299 392 (Jacobsson et al).

Reglerventilen 3 enligt uppfinningen är som nämnts anordnad for styrning avviilluften till motom. l utfóringsforrnen innefattar den ett hus 12 med en inloppsledning 4 för luft från ett tryckluftssyste, vilken ledning mynnar i ett utrymme 19. För momentan reglering av lufiflödet genom reglerventilen är anordnad en ventilkropp 18, bestående här av en bricka 18, som ligger med ett spel såväl radiellt som axiellt i utrymmet 19. Denna bildas mellan huset 12 och ett lock 20.

Utrymmet är försedd med en centralt belägen inloppsöppning 13 för tilluften, dvs. den är således direkt ansluten till tryckluftssystemet. lnloppsöppningen 13 till utrymmet omges av en ringkanal 22, som är ansluten till en utloppsledning 23, från ventilen, således den ledning från vilken den reglerade luftmängden tillföres motom. Såväl inloppsöppningen som kanalen 22 befinner sig på samma sida av utrymmet och ligger således båda frontalt mot brickans 18 ena flata sida (den vänstra på ritningen).

Från utrymmet 19 är anordnad en ytterligare kanal 24, vars genomströmningsarea kan regleras medelst en skruvventil 25.

Vid inströmning genom inloppsöppningen 13 strömmar luft in i utrymmet 19, där brickan 18 befinner sig. Denna luft fördelar sig runt brickan som kan sägas påverkas av ett dynamiska tryck på båda sina sidor; luft läcker även över till dess baksida, som är vänd från nämnda inlopps- och utloppskanal. Detta ger brickan ett balanserat läge med ett visst avstånd till utrymmets sida där 10 15 20 25 506 885 7 öppningen 13 och ringkanalen 22 mynnar. Detta avstånd representerar bredden på en spalt, genom vilken luften passerar från inloppsöppningen 13 till ringkanalen 22 och utloppsledningen 23.

Förändringar av denna spalt kommer att ge förändrad luftström i kanalförbindelsen 12, 19, 23 förbi den ventilkropp, som brickan bildar.

När momentet mot motom ökar kommer även strömningen och trycket i utrymmet 19 att påverkas och härigenom kommer en ändrad tryckbalans att påverka brickan 18 vid den mot inlopps- och utloppskanalen vända sidan (vänstra sidan) relativt trycket mot brickans baksida (dess högra sida).

Härigenom kommer brickan att flytta sig längre in i utrymmet 19 (mot höger) ju lägre strömningshastighet i utloppsledningen 23 blir, vilket innebär att spalten för-överföring av luft från inlöppsöppningen 13 via utrymmet 19 och till utloppsledningen 23 ökar och därrned även strömningen genom ventilen och vice versa. Härigenom motverkas varvtalsänkning hos motom vid ökad last respektive rusning vid avlastning.

Tomgångsvarvtal utan last upprätthålles genom den luft som läcker forbi brickan 18. Denna mängd och därmed tomgångsvarvtalet kan regleras medelst ventilen 25 med vilken mottrycket på baksidan av brickan kan regleras genom att olika mängd släppes ut genom kanalen 24.

Vid utfóringsfonnen verkar brickan 18 som ventil. Den avkänner luftströmningen genom dynamiska förhållanden på dess båda sidor i utrymmet 19 och intar därmed ett till reglerbehovet avpassat läge i utrymmet, så att arean hos strömningskanalen förbi brickan ändras och därmed luftströmmen in till motom regleras. Att det ej såsom i principskissen enl. ñg. 1 finns något distinkt mätorgan och av detsamma reglerad, separat ventil innebär ej att pricipen enligt denna fig. från gås .

Uppfinningens grundidé är således, att den ändring av strömningshastigheten som sker i en fluidummotor i dess inlopp för tryckmediet vid tendeser till varvtalsändring vid ändrad last, utnyttjas för att styra en ventil för fluidet så att den öppnas for större inströmning, när sagda strömningshastighet minskar och vice versa. Härigenom kan den större arbetsmängd som erfordras vid störrer momentbelastning på motom tillgodoses i så stor utsträckning att tendensen till 506 885 8 varvtalsminskning vid ökad belastning åtminstone till viss del kompenseras. Denna effekt kan utnyttjas vid alla system med deplacementmotorer drivna av ett kompressivt medium, en gas. Vid turbininotorer och motorer med vätskor som drivmedium, vilka ej är kompressiva, kan effekten utnyttjas i sådana fall, som angivits inledningsvis.

Den angivna kanalen 24 for flödet, vilket skall upprätthålla tomgången, kan vara utformad på andra sätt. Exempelvis kan flödet ske i en shunt förbi den reglerande ventilen.

Claims (3)

10 15 20 25 506 885 9 PATENTKRAV

1. Reglerventil för tryckmediumdrivna i synnerhet trycklufisdrivna motorer för reglering av tyckluftsflödet till motorn för åstadkommande av ett i huvudsak konstant varvtal vid varierande belastning, varvid reglerventilen (3, l 1) är försedd med en ventilkropp (18) för styming av den momentana volymströmningen genom reglerventilen kännetecknad därav, att ventilkroppen (18) är skivformig och anordnad med radiellt och axiellt spel i ett utrymme (19) försett med en centralt belägen inloppsöppning ( 13) och på samma sida som denna med en inloppet periferiskt omgivande mot utrymmet öppen ringkanal (22), som är ansluten till motoms (5) inlopp, och att utrymmet (19) har sådan vidd, att ventilkroppen är rörlig i densamma, varigenom strömmande medium i utrymmet på ventilkroppens båda sidor genom strömningsdynamislfa krafter strävar att trycka ventilkroppen í riktning mot inloppsöppningen (13) och ringkanalema (22) åstadkommande en stängningskraft, vilken motverkas av en öppningskraft mot ventilkroppens andra sida genom inströmmande medium så att härigenom upprätthålles en sådan balans i kroppens läge, att den vid ökande mediumtryck i reglerventilens (1 1) inloppsöppning(l3) och ringkanal(22) strävar att förflytta sig från den sida av utrymmet (19) där sagda inloppsöppning(13) och ringkanal(22) är belägna och ökar därvid genomströmningsarean förbi ventilkroppen, så att motoms tendens att minska sitt varvtal vid ökad belastning motverkas och vice versa.

2. Reglerventil enligt patentkrav 1, kännetecknad därav, att vid utrymmets (19) från inloppsöppningen (13) och ringkanalens (22) vända sida är anordnad en utloppskanal (24) för ett läckfiöde, vars storlek påverkar stängningskraften mot ventilkroppen (1 8) och därmed dess reglerläge i utrymmet (19).

3. Reglerventil enligt patentkrav 2, kännetecknad därav, att utloppskanalen (24) för läckfiödet är försedd med en inställbar ventil (25), medelst vilken varvtalet vid en bestämd momentbelastning kan regleras för inställning av tomgångsvarvtalet.