HU222721B1 - Automatikus recirkulációs szelep - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya automatikus recirkulációs szelep, amelynek egyszelepháza (12), egy, a szelepház (12) szerves részét képező központiidoma (60), egy bemenete (16), egy fő kimenete (18) és egyrecirkulációs kimenete (20) van. A találmány szerinti recirkulációsszelepre az jellemző, hogy egy, a bemenet (16) és a fő kimenet (18)közötti folyadékáramlásra reagáló fő szelepelemet (28) tartalmaz,amely egy recirkulációs folyadékáramot elvezető, megkerülőszelepelemet (32) képező üreges szelepszárral (42) rendelkezik,emellett egy, a szelepszárat (42) körülvevő szárvezető persely (56) ésegy, a recirkulációs kimenetben (20) elhelyezett megkerülőadapter (58)egy megkerülőjáratot (30) képez a recirkulációs folyadékáram számára,ahol a megkerülőadapterbe (58) a recirkulációs kimeneten (20) kilépőfolyadékáramot örvénylő mozgásba hozó lapátok (76) vannak felszerelve. ŕ

Description

A találmány tárgya automatikus recirkulációs szelep, főként olyan recirkulációs szelep, amely alkalmas a megkerülő recirkulációs áramlás szabályozására centrifúgálszivattyús rendszerekben.

A recirkulációs szelepeket gyakran alkalmazzák centrifúgálszivattyús rendszerekben, hogy megóvják a szivattyút a túlhevüléstől, és fenntartsák a hidraulikai stabilitást. A szivattyú-túlhevülést a szivattyú által fejlesztett hőenergia szivattyún átáramló közegnek történő átadása eredményezi. Normál működési feltételek esetén (a szivattyúzott folyadék normál szivattyú mögötti elvételi igénye esetén) egy megfelelően tervezett rendszerben a szivattyún keresztül áthaladó folyadékáram elégséges az átadott hő elnyelésére és elszállítására, és ezáltal a túlhevülés megakadályozására. Alacsony elvételi igényű időszakok során azonban a lassabban mozgó, sőt adott esetben akár álló folyadék sokkal nagyobb hőmennyiséget nyel el a szivattyúban való tartózkodási ideje alatt, ami a szivattyúban levő folyadék hőmérsékletének jelentős növekedését okozza. Mivel nő a szivattyúban levő folyadék hőmérséklete, így növekszik annak gőznyomása is, ami kavitációt okoz, ez pedig károsíthatja a szivattyú-lapátkereket és a szivattyúházat.

A gyenge áramlási feltételek a belső recirkulációként jól ismert jelenséghez is vezethetnek. Gyenge áramlási feltételek mellett hidraulikus anomáliák léphetnek fel a szivattyún belül. Ezek az anomáliák tulajdonképpen a folyadék reagálását tükrözik a szivattyú kevéssé optimális belső kialakítására alacsony áramlási mennyiségek esetén, és általában abban a tartományban jelentkeznek, ahol a folyadék a lapátkereket a szivattyúház kimenetének közelében hagyja el. Ez a jelenség, amit belső recirkulációként ismerünk, kavitáció formájában jelentkezik, ami tönkreteheti a szivattyú-lapátkereket.

A recirkulációs szelepek megóvják a szivattyút a túlhevüléstől, és fenntartják annak hidraulikai stabilitását egy mellékutat biztosítva, amelyen keresztül a szivattyú kellő mértékű folyadékáramlást tud fenntartani a csekély elvételi igényű időszakok során. A recirkulációs szelepek egyik általánosan alkalmazott típusa az úgynevezett változó áramlású szelep, amint az megismerhető például az US 4 095 611, az US 4 941 502 és az US 5 333 638 szabadalmi leírásokból. Ezek az iratok olyan szelepeket ismertetnek, amelyeknek van egy bemenetűk, egy fő kimenetűk, egy recirkulációs kimenetűk, egy fő szelepelemük, valamint egy hosszlyukakkal ellátott megkerülő szelepelemük. Az ilyen szelepek a szivattyú után vannak beépítve. A folyadék a szivattyúból a bemeneten keresztül lép be a szelepbe, és a fő kimeneten keresztül hagyja el a szelepet, hogy kielégítse a szivattyú utáni elvételi igényt. A recirkulációs kimenet egy mellékági folyadékpályával, például egy kisnyomású tartállyal vagy a szivattyúbemenettel van összekötve, ahová a folyadékot vezetik a fő kimenetnél jelentkező alacsony elvételi igény időszakai során.

A fő szelepelem érzékeli a szelep bemenete és a fő kimenet közötti áramlás mértékét. A normál elvételi igény időszakai során a fő szelepelemen fellépő nyomáskülönbség nyitásra készteti a szelepelemet, és lehetővé teszi az áramlást a fő kimenet felé, míg egyidejűleg zárásra készteti a megkerülő szelepelemet, és megakadályozza a folyadékáramlást a recirkulációs kimenet felé. Ennek fordítottjaként, az alacsony elvételi igény időszakai során, a fő szelepelem visszatér zárt (a szelepüléken felfekvő) helyzetébe, miáltal nyitja a megkerülő szelepelemet, és lehetővé teszi a folyadékáramlást a recirkulációs kimeneten keresztül a mellékági folyadékpálya felé. Ezenkívül a fő szelepelem, amikor a szelepüléken felfekvő helyzetében van, egyúttal visszacsapó szelepként is szolgál, ami megakadályozza a szivattyú-lapátkerék visszaforgását, amikor a szivattyú leállításra kerül.

A továbbfejlesztett centrifúgálszivattyúk megjelenésével egyre szükségesebbé vált egy nagyobb recirkulációs áramlás létrehozása. A nagyobb mértékű recirkulációs áramlás iránti növekvő igénnyel szükségessé vált a recirkulációs szelep és a recirkulációs vezeték megóvása is a kavitációtól és egyéb károsodástól, amit az eddigieknél gyorsabb turbulens áramlás okozhat.

Ennek értelmében a találmány elsődleges célja egy, a korábbi megoldások hiányosságait kiküszöbölő továbbfejlesztett recirkulációs szelep létrehozása.

Ugyancsak alapvető célja a találmánynak egy simábban működő megkerülőszelep-konstrukcióval rendelkező recirkulációs szelep előállítása.

A találmány célja továbbá egy olyan recirkulációs szelep megvalósítása, ahol a megkerülőszelepen keresztül áthaladó, illetve a megkerülő- vagy recirkulációs vezetékbe tartó folyadékáram úgy van szabályozva, hogy az biztosítsa a megbízhatóbb működést, és megóvja a megkerülőszelepet, illetve a megkerülővezetéket a károsodástól.

A találmány további céljai, előnyei és újszerű jellemzői részben az alább következő leírásból ismerhetők meg, részben pedig nyilvánvalóvá válnak az adott területen jártas szakember számára az alább következő ismertetés tanulmányozása révén, vagy a találmány gyakorlati alkalmazása során. A találmány céljai és előnyei jól megvalósíthatók, illetve elérhetők a csatolt igénypontokban hangsúlyozottan említett eszközök és ezek kombinációi révén.

A kitűzött célokat, főként centrifúgálszivattyúk túlhevülés vagy hidraulikai instabilitások miatti károsodástól való megóvását egy olyan továbbfejlesztett automatikus recirkulációs szeleppel éljük el, amelynek egy bemenete, egy fő kimenete, egy recirkulációs kimenete, egy, a bemenet és a fő kimenet közötti áramlásra reagáló fő szelepeleme, valamint egy, a fő szelepelem mozgására reagálva a bemenet és a recirkulációs kimenet közötti folyadékáramlást szabályozó megkerülő szelepeleme van, és amely recirkulációs szelepre a találmány értelmében az jellemző, hogy tartalmaz ezenkívül

- egy, a fő szelepelemmel összeköttetésben álló megkerülő szelepelemet képező, a szelepház központi idomán áthatoló és a recirkulációs folyadékáramlást egy megkerülőjáratba terelő üreges szelepszárat,

- egy, az ezen a szelepszárat körülvevő központi idomban rögzített szárvezető perselyt,

- egy, a szárvezető perselyen belül kialakított folyadékkamrát, amelybe a recirkulációs folyadék

HU 222 721 Bl beáramlik a szelepszárból, és amely folyadékkamrának egy kilépőnyílása van,

- egy üreges, lényegében hengeres megkerülőadaptert, amelynek egy első és egy második nyitott végrésze van a kettő közötti közeg-összeköttetéssel, ahol ezen megkerülőadapter rögzítve van a recirkulációs kimenetben, emellett tömítetten csatlakoztatva körülveszi a szárvezető persely folyadékkamrájának kilépőnyílását, ahol emellett a megkerülőadapter közeg-összeköttetésben áll a szárvezető persely folyadékkamrájának kilépőnyílásával, második végrésze pedig a recirkulációs kimenettel, valamint

- a megkerülőadapter második végrészében felszerelt, a recirkulációs folyadékot a recirkulációs kimeneten való távozásakor örvénylő mozgásba hozó lapátokat.

A találmány lényegének előbbi összefoglalása, valamint az alább következő részletes leírás jobban érthető a csatolt rajz alapján. A találmány szerinti megoldás szemléltetése céljából a rajzon egy előnyös példakénti kiviteli alak van feltüntetve, a találmány azonban nem korlátozódik a bemutatott kiviteli példa szerinti elrendezésre és annak elemeire.

A rajzon az 1. ábra egy találmány szerinti recirkulációs szelep hosszmetszetét mutatja, a fő szelepelem zárt helyzetét és a megkerülő szelepelem teljesen nyitott helyzetét szemléltetve, a 2. ábra a találmány szerinti megkerülőadapter egy módosított alakjának metszetét tünteti fel, míg a 3. ábra a 2. ábra szerinti megkerülőadapter felülnézete, a beépített örvénylapátokkal.

Az alábbiakban ismertetésre kerülő automatikus recirkulációs szelep a jelen találmány bejelentőjének egy korábbi US 5 333 638 számú szabadalmi leírásában ismertetett automatikus recirkulációs szelep továbbfejlesztett módosítását képezi.

Az 1. ábrán egy találmány szerinti 10 recirkulációs szelep látható, amely egy 12 szelepházzal és egy, a 12 szelepházhoz csatlakoztatott 14 fedélelemmel rendelkezik. A 14 fedélelem bármely alkalmas módon csatlakoztatható a 12 szelepházhoz, beleértve a menetes, csavaros vagy szegecselt kötést egyaránt. A 10 recirkulációs szelepnek egy 16 bemenete van, amely egy centrifúgálszivattyú nyomóoldalához van csatlakoztatva a szivattyúzott folyadék beeresztésére, van továbbá egy 18 fő kimenete, amelyen keresztül a folyadék a szivattyú utáni elvételi igény forrásához áramlik, valamint van egy 20 recirkulációs kimenete, amelyen keresztül a szivattyúzott folyadékot gyenge szivattyú utáni elvételi igény esetén egy kisnyomású tartályba vezetjük, vagy visszatérítjük a szivattyú bemenetéhez. A rajzon karimás csatlakozások vannak feltüntetve a 16 bemenet és a két 18, 20 kimenet számára, azonban bármely alkalmas csőcsatlakoztató eszközt használhatunk.

A 16 bemenet és a 18 fő kimenet között egy 22 főáramú járat húzódik, amely egy alsó 24 főáramú járatra és egy felső 26 főáramú járatra van felosztva egy, az alábbiakban részletesebben ismertetésre kerülő 28 fő szelepelem által. Az alsó 24 főáramú járattól a 20 recirkulációs kimenetig egy 30 megkerülőjárat húzódik, amely az alsó 24 főáramú járattól egy, az alábbiakban részletesebben ismertetésre kerülő 32 megkerülő szelepelem által van elválasztva.

A recirkulációs áramlás szabályozását a belső szelepelemek végzik, beleértve a 22 főáramú járatban elrendezett és a rajta áthaladó folyadékáramra reagálva mozgó 28 fő szelepelemet, és az alsó 24 főáramú járat és a 30 megkerülőjárat közötti folyadékáramlást a 28 fő szelepelem mozgására reagálva szabályozó 32 megkerülő szelepelemet.

A 28 fő szelepelem egy kör alakú 34 szeleptányért tartalmaz, amelynek alsó tömítőoldala biztosítja a 28 fő szelepelem tömítettségét egy 40 szelepülékkel szemben, amikor a 28 fő szelepelem teljesen zárt helyzetben van. A 40 szelepülék, amint az az 1. ábrán látható, a 12 szelepház részeként van kialakítva, de tartalmazhat egy különálló, cserélhető ülékelemet is.

A 28 fő szelepelemhez csatlakoztatott és azzal együtt mozgó 32 megkerülő szelepelem egy hengeres 42 szelepszárat tartalmaz. A 42 szelepszár az alsó 24 főáramú járatba van beépítve, a 10 recirkulációs szelep függőleges középvonala mentén. A 42 szelepszár két üreges kamrával rendelkezik, mégpedig egy alsó 46 szárkamrával és egy felső 48 szárkamrával, amelyek egy 50 fal által vannak egymástól elválasztva, és le vannak zárva átellenes végeiken. Az alsó 46 szárkamra az alsó 24 főáramú járattal 52a hosszlyukakon keresztül, míg a 30 megkerülőjárattal 52b kömyílásokon keresztül áll összeköttetésben. Hasonló módon, csak éppen fordítva, a felső 48 szárkamra az alsó 24 főáramú járattal 54b környílásokon keresztül, míg a 30 megkerülőjárattal 54a hosszlyukakon keresztül áll összeköttetésben.

A találmány értelmében egy 56 szárvezető persely és egy 58 megkerülőadapter vezérli és tereli a folyadékáramot a megkerülőszelepen keresztül a (nem ábrázolt) recirkulációs vezetékbe, amely vezeték belső átmérője koncentrikus az 58 megkerülőadapter 20 recirkulációs kimenetével, és méretét tekintve annak átmérőjével egyenlő vagy annál nagyobb.

Amint az az 1. ábrán látható, az 56 szárvezető persely rögzítve van a 12 szelepházzal egy darabot képező 60 központi idomban. Az 56 szárvezető persely lényegében hengeres alakú, és központi 62 folyadékkamrájával körülveszi a megkerülőszelep 42 szelepszárát és egy, a 20 recirkulációs kimenettel szemközti 64 kilépőnyílást. Felső és alsó 66, illetve 68 ágyazófelületek veszik körül szorosan a megkerülőszelep 42 szelepszárát, hogy megvezessék a főszelep és a megkerülőszelep mozgását. Az 56 szárvezető perselyt 70 visszatartó gyűrű és 72 rugós alátét rögzíti a 60 központi idomhoz.

Az 58 megkerülőadaptert 74 rögzítőcsavarral rögzítjük a 20 recirkulációs kimenetben. Ez az 58 megkerülőadapter szintén üreges hengeres alakkal rendelkezik, és belső felülete a 30 megkerülőjárat részét képezi. Az 58 megkerülőadapter belső vége előnyösen úgy van kialakítva, hogy szorosan körbevegye és tömítse az

HU 222 721 Bl szárvezető persely 64 kilépőnyílását. Az 58 megkerülőadapter elülső végén csavart 76 lapátok sorozata van felszerelve, hogy gyors örvénylő mozgást hozzanak létre a 20 recirkulációs kimeneten távozó recirkulációs folyadékáram mozgatásához. A folyadéknak ez az örvénylő mozgása megvédi a szivattyú utáni csővezetéket a kavitációtól és az eróziótól, megakadályozva az elragadott gázbuborékoknak a csővezeték belső felületéhez való hozzáütközését. Előnyösen az 56 szárvezető persely és az 58 megkerülőadapter rozsdamentes acélból, mint például ASTM A564 Type 630 és ASTM A276 Type 316 jelű acélból készül, amely ellenáll a recirkulációs folyadékáram károsító hatásának.

A 2. és 3. ábra egy módosított kivitelű 58a megkerülőadaptert szemléltet. Ez az 58a megkerülőadapter a 12 szelepházban, röviddel az 56 szárvezető persely előtt, egy, a recirkulációs folyadékot beeresztő feltágított 58b bemenetben végződik. A 76a lapátok külön álló betétként vannak kialakítva. A bemutatott kiviteli alaknál ez a betét négy lapátot foglal magában, amelyek mindegyike átlósan végződik az 56 szárvezető perselyhez képest a betét belső és külső végén egyaránt. Mindegyik 76a lapát széle a betét külső végénél 90°kal el van csavarva a betét végén levő lapátszélhez képest. Ez egy gyors örvénylő mozgást hoz létre a 76a lapátokon áthaladó recirkulációs folyadéknál. A 76a lapátok például fércvarrattal vannak rögzítve a betéten belül az egyes lapátlemezek elülső és hátsó szélénél.

A 32 megkerülő szelepelem függőleges mozgását a 28 fő szelepelem mozgása vezérli, amellyel a 32 megkerülő szelepelem össze van kötve. A 28 fő szelepelem képes elmozdulni egy, a 40 szelepüléken tömítőfelületével felfekvő, teljesen zárt helyzete és egy teljesen nyitott helyzete között, amelyben 36 felső oldala megközelíti a felső 26 főáramú járatba beiktatott és a 14 fedélelemhez csatlakoztatott 78 fedélnyúlványt, vagy azon felütközik. Amint az az 1. ábrán látható, a 76 fedélnyúlvány a 14 fedélelem részeként van kialakítva.

Egy összenyomott 80 csavarrugó, amely az egyik végén a 76 fedélnyúlványhoz, másik végén pedig a 28 fő szelepelemhez van csatlakoztatva, a 28 fő szelepelemet teljesen zárt helyzetbe kényszeríti.

A 10 recirkulációs szelep jellemzői és működése módosítható, hogy kielégítsük minden egyes alkalmazás sajátos követelményeit. Egy (nem ábrázolt) gyűrű alakú szelepbetét helyezhető be például abból a célból, hogy módosítsuk a 34 szeleptányér és a 12 szelepház belső fala közötti térközt, ahol a folyadék áramlik. Ez szabályozza a 28 fő szelepelem mozgását ezen 28 fő szelepelem mögött áramló folyadékmennyiség függvényében. Ez a szelepbetét kialakítható különleges követelményekhez igazítva, és bármely arra alkalmas anyagból, például lemezanyagból elkészíthető. A 10 recirkulációs szelep méretezhető adott esetben egy különleges folyadéknyomásra és/vagy áramlási mértékre a 30 megkerülőjáratban az 58 megkerülőadapter kimeneti átmérőjének módosításával.

A fentiekben a jelen találmány egy különösen előnyös kiviteli alakját ismertettük, ezzel azonban nem szándékoztuk korlátozni a találmányt csupán erre a kitanításra, hanem mindenféle változtatás és módosítás elképzelhető a csatolt igénypontok által meghatározott oltalmi kör keretein belül.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Automatikus recirkulációs szelep a rajta keresztülhaladó folyadékáram érzékelésére és recirkulációs folyadékáram létrehozására, amely recirkulációs szelepnek egy szelepháza és egy ezzel szervesen összekötött, szelepházon belüli központi idoma, egy, a recirkulációs folyadékáramot elvezető, szintén a szelepházon belül kialakított megkerülőjárata, egy, a szelepházban kiképzett bemenete, egy, a szelepházban kiképzett fő kimenete, egy, a szelepházban kiképzett recirkulációs kimenete, egy, a bemenet és a fő kimenet közötti folyadékáramlásra reagáló fő szelepeleme, valamint egy, a bemenet és a recirkulációs kimenet közötti recirkulációs folyadékáramlást szabályozó és a fő szelepelem mozgására reagáló megkerülő szelepeleme van, azzal jellemezve, hogy tartalmaz ezenkívül

   - egy, a fő szelepelemmel (28) összeköttetésben álló megkerülő szelepelemet (32) képező, a szelepház (12) központi idomán (60) áthatoló és a recirkulációs folyadékáramlást egy megkerülőjáratba (30) terelő üreges szelepszárat (42),

   - egy, az ezen a szelepszárat (42) körülvevő központi idomban (60) rögzített szárvezető perselyt (56),

   - egy, a szárvezető perselyen (56) belül kialakított folyadékkamrát (62), amelybe a recirkulációs folyadék beáramlik a szelepszárból (42), és amely folyadékkamrának (62) egy kilépőnyílása (64) van,

   - egy üreges, lényegében hengeres megkerülőadaptert (58), amelynek egy első és egy második nyitott végrésze van a kettő közötti közeg-összeköttetéssel, ahol ezen megkerülőadapter (58) rögzítve van a recirkulációs kimenetben (20), emellett tömítetten csatlakoztatva körülveszi a szárvezető persely (56) folyadékkamrájának (62) kilépőnyílását (64), ahol emellett a megkerülőadapter (58) közeg-összeköttetésben áll a szárvezető persely (56) folyadékkamrájának (62) kilépőnyílásával (64), második végrésze pedig a recirkulációs kimenettel (20), valamint

   - a megkerülőadapter (58) második végrészében felszerelt, recirkulációs folyadékot a recirkulációs kimeneten (20) való távozásakor örvénylő mozgásba hozó lapátokat (76).
2. 2. Az 1. igénypont szerinti automatikus recirkulációs szelep, azzal jellemezve, hogy a lapátok (76) csavartak.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti automatikus recirkulációs szelep, azzal jellemezve, hogy a szárvezető perselynek (56) a bemenet (16) és a fő kimenet (18) felé eső átellenes végrészei vannak, ahol a folyadéknak a szárvezető persely (56) folyadékkamrájába vagy folyadékkamrájából (62) való, ezen átellenes végrészeken ke4

   HU 222 721 Bl resztüli átáramlását megakadályozó falszakaszok vannak kialakítva.
4. 4. A 3. igénypont szerinti automatikus recirkulációs szelep, azzal jellemezve, hogy az átellenes falszakaszok a megkerülőszelep szelepszárát (42) körülvevő és a 5 megkerülőszelep mozgását megvezető ágyazófelületeket (66, 68) képeznek.
5. 5. A 4. igénypont szerinti automatikus recirkulációs szelep, azzal jellemezve, hogy a megkerülőadapter (58a) második végrészében a recirkulációs kimeneten (20) keresztül távozó recirkulációs folyadék örvénylő mozgását kiváltó lapátok (76a) vannak felszerelve.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti automatikus recirkulációs szelep, azzal jellemezve, hogy a lapátok (76a) csavartak.