PL178056B1 - Zawór recyrkulacyjny automatyczny - Google Patents

Abstract

1. Zawór recyrkulacyjny automatyczny, reagujacy na przeplyw przez niego cieczy, z recyrkulacja przeplywu, za- wierajacy korpus zaworu i scalony z nim centralny wystep w korpusie zaworu, kanal obejsciowy recyrkulujacej cieczy w korpusie zaworu, wlot korpusu zaworu, glówny wylot kor- pusu zaworu, wylot recyrkulacyjny korpusu zaworu, glówny element zaworu reagujacy na przeplyw cieczy miedzy wlo- tem a glównym wylotem, element obejsciowy zaworu rea- gujacy na ruch glównego elementu zaworu do regulacji przeplywu recyrkulacyjnego cieczy pomiedzy wlotem a wylotem recyrkulacyjnym, trzon obejsciowy zaworu do przeplywu recyrkulujacej cieczy do kanalu obejsciowego, przy czym trzon obejsciowy zaworu przechodzi przez wystep centralny korpusu zaworu, tuleje prowadnicy trzonu osa- dzona w centralnym wystepie i otaczajaca trzon zaworu, ko- more w tulei prowadnicy trzonu przyjmujaca recyrkulujaca ciecz z trzonu zaworu, przy czym komora tulei prowadnicy trzonu ma otwór wylotowy oraz wydrazone generalnie cy- lindryczne zlacze obejsciowe posiadajace otwarte czesci krancowe z droga przeplywu miedzy nimi, przy czym zlacze obejsciowe jest umocowane w wylocie recyrkulacyjnym, znamienny tym, ze zlacze obejsciowe (58) otacza wylot re- cyrkulacyjny (20) uszczelniajac wylot tulei prowadnicy trzonu (58) oraz posiada lopatki (76) w czesci krancowej zlacza obejsciowego (58) do nadawania ruchu wirujacego recyrkulujacej cieczy w wylocie recyrkulacyjnym (20). F ig . 1 PL PL PL

Description

Przedmiot wynalazku dotyczy automatycznych zaworów recyrkulacyjnych, zwłaszcza zaworów recyrkulacyjnych do regulacji obejściowego przepływu recyrkulacyjnego w systemach pomp odśrodkowych.

Zawory recyrkulacyjne stosuje się zazwyczaj w aplikacjach pomp cyrkulacyjnych w celu zapobiegania ich przegrzaniu oraz dla utrzymania stabilności hydraulicznej. Przegrzanie pompy jest rezultatem przekazywania do przepływającej przez nią cieczy energii cieplnej wytworzonej przez pompę. W normalnych warunkach pracy (przy normalnym zapotrzebowaniu przepompowanej cieczy) w odpowiednio zaprojektowanym systemie, przepływ w pompie wystarcza do tego, aby ciepło było pochłonięte i odprowadzone, przez co zapobiega się przegrzaniu. Jednak w okresach niskiego zapotrzebowania przepływowego, wolno przemieszczająca się, a nawet nieruchoma ciecz pochłania znaczne większe ilości ciepła w czasie, kiedy pozostaje w pompie, powodując tym samym znaczący wzrost temperatury cieczy zawartej w pompie. W miarę wzrostu temperatury cieczy w pompie wzrasta także ciśnienie pary, co prowadzi do kawitacji zdolnej uszkodzić wirnik oraz obudowę pompy.

Warunki słabego przepływu mogą się także przyczyniać do występowania zjawiska znanego jako recyrkulacja wewnętrzna. W takich warunkach w pompie mogą wystąpić anomalie hydrauliczne. Anomalia te polegają na reakcji cieczy na gorszą od optymalnej wewnętrzną geometrię pompy przy niskim natężeniu przepływu a powstają na ogół w miejscu, w którym

178 056 ciecz wylewa się z wirnika obok ujścia w obudowie pompy. Zjawisko takie, znane jako recyrkulacja wewnętrzna jest przyczyną kawitacji, która może uszkodzić wirnik pompy.

Zawory recyrkulacyjne zapobiegają przegrzaniu się pompy oraz utrzymują stabilność hydrauliczną dzięki wtórnej drodze, poprzez którą pompa utrzymuje wystarczający przepływ cieczy w okresach niskiego zapotrzebowania na przepływ. Jednym z często stosowanych typów zaworów recyrkulacyjnych jest zawór przepływu modulacyjnego opisany w amerykańskich opisach patentowych: Nr 4,095,611; Nr 4,941,502 i Nr 5,333,638. Zawory, umieszczone w dole pompy posiadają, wlot, główny wylot, wylot recyrkulacyjny, główny element przepływowy oraz element obejściowy z szczelinowymi otworami. Ciecz wpływa do zaworu z pompy poprzez wlot i wypływa z zaworu przez główny wylot tak, aby zaspokoić zapotrzebowanie na przepływ. Wylot recyrkulacyjny jest połączony z wtórną drogą cieczy na przykład zbiornika niskociśnieniowego lub wlotu pompy do którego kierowana jest ciecz w okresach niskiego zapotrzebowania przepływowego w wylocie głównym.

Znany jest np. z patentu amerykańskiego 4779639 (Loos) zawór recyrkulacyjny automatyczny, reagujący na przepływ przez niego cieczy, z recyrkulacją przepływu, zawierający korpus zaworu i scalony z nim centralny występ w korpusie zaworu, kanał obejściowy recyrkulującej cieczy w korpusie zaworu, wlot korpusu zaworu, główny wylot korpusu zaworu, wylot recyrkulacyjny korpusu zaworu, główny element zaworu reagujący na przepływ cieczy między wlotem a głównym wylotem, element obejściowy zaworu reagujący na ruch głównego elementu zaworu do regulacji przepływu recyrkulacyjnego cieczy pomiędzy wlotem a wylotem recyrkulacyjnym, trzon obejściowy zaworu do przepływu recyrkulującej cieczy do kanału obejściowego, przy czym trzon obejściowy zaworu przechodzi przez występ centralny korpusu zaworu, tuleję prowadnicy trzonu osadzoną w centralnym występie i otaczaj ącą trzon zaworu, komorę w tulei prowadnicy trzonu przyjmującą recyrkulującą ciecz z trzonu zaworu, przy czym komora tulei prowadnicy trzonu ma otwór wylotowy oraz wydrążone generalnie cylindryczne złącze obejściowe posiadające otwarte części krańcowe z drogą przepływu między nimi, przy czym złącze obejściowe jest umocowane w wylocie recyrkulacyjnym. Zawór ten jednak nie posiada złącza obejściowego, które otacza wylot recyrkulacyjny uszczelniając wylot tulei prowadnicy trzonu ani łopatek w części krańcowej złącza obejściowego do nadawania ruchu wirującego recyrkulującej cieczy w wylocie recyrkulacyjnym, co znacznie pogarsza jego osiągi techniczne.

Główny element zaworu reaguje na natężenie przepływu między wlotem zaworu wylotem głównym. W okresach normalnego zapotrzebowania przepływowego różnica ciśnień na głównym elemencie zaworu powoduje otwarcie się elementu zaworu i umożliwienie w ten sposób przepływu do wylotu głównego, przy jednoczesnym zamknięciu elementu obejściowego zaworu i zapobieżeniu przepływowi cieczy do wylotu recyrkulacyjnego. Natomiast w okresach niskiego zapotrzebowania przepływowego główny element zaworu powraca do pozycji zamkniętej, otwierając w ten sposób element obejściowy i umożliwiając przepływ przez wylot recyrkulacyjny do drogi wtórnej. Dodatkowo, element główny zaworu służy, w pozycji zamkniętej, jako zawór zwrotny, do którego kieruje się ciecz w okresach niskiego zapotrzebowania przepływowego w wylocie głównym.

Główny element zaworu reaguje na natężenie przepływu między wlotem zaworu i wylotem głównym. W okresach normalnego zapotrzebowania przepływowego różnica ciśnień na głównym elemencie zaworu powoduje otwarcie się tego elementu zaworu i umożliwienie w ten sposób przepływu do wylotu głównego, przy jednoczesnym zamknięciu elementu obejściowego zaworu i uniemożliwieniu przepływowi cieczy do wylotu recyrkulacyjnego. Natomiast w okresach niskiego zapotrzebowania przepływowego główny element zaworu powraca do położenia zamknięcia (zagnieżdżenia się), otwierając tym samym element obejściowy i umożliwiając przepływ przez wylot recyrkulacyjny do drogi wtórnej. Dodatkowo element główny zaworu w pozycji zamkniętej służy jako zawór zwrotny zapobiegający wstecznemu obrotowi wirnika pompy w chwili wyłączenia pompy.

178 056

W udoskonalonych projektach pomp odśrodkowych wymaga się zapewnienia większego przepływu recyrkulacyjnego. Z kolei jednak wraz ze wzrostem potrzeby większego natężenia przepływu recyrkulacyjnego koniecznym stało się zapewnienie ochrony zaworu recyrkulacyjnego oraz recyrkulacyjnego przewodu rurowego przed kawitacją oraz uszkodzeniami innego typu, które mogą wystąpić pod wpływem gwałtowniejszego i burzliwego przepływu.

Celem wynalazku jest opracowanie ulepszonego zaworu recyrkulacyjnego.

Automatyczny zawór recyrkulacyjny według wynalazku jest modyfikacją automatycznego zaworu recyrkulacyjnego opisanego i zastrzeżonego we wcześniejszym patencie amerykańskim Nr 5,333,638.

Zawór obejściowy zaworu recyrkulacyjnego powinien działać znacznie bardziej równomiernie. Także przepływ cieczy przez i do wnętrza obejścia lub przewodu rurowego recyrkulacyjnego powinien być sterowany tak, aby działanie zaworu było bardziej niezawodne i żeby zawór obejściowy i przewód rurowy nie uległy uszkodzeniu.

Inne cele, zalety i nowe cechy wynalazku zostaną omówione w dalszej części opisu, a także staną się oczywiste dla znawców tej dziedziny po zapoznaniu się z wynalazkiem lub też mogą zostać wydedukowane w trakcie jego wykonania. Cele i korzyści z wynalazku można osiągnąć dzięki środkom i ich zestawieniom w różnych kombinacjach, przedstawionym w zastrzeżeniach.

Zawór recyrkulacyjny automatyczny, według przedmiotowego wynalazku, reagujący na przepływ przez niego cieczy, z recyrkulacją przepływu, zawiera korpus zaworu i scalony z nim centralny występ w korpusie zaworu, kanał obejściowy recyrkulującej cieczy w korpusie zaworu, wlot korpusu zaworu, główny wylot korpusu zaworu, wylot recyrkulacyjny korpusu zaworu, główny element zaworu reagujący na przepływ cieczy między wlotem a głównym wylotem, element obejściowy zaworu reagujący na ruch głównego elementu zaworu do regulacji przepływu recyrkulacyjnego cieczy pomiędzy wlotem a wylotem recyrkulacyjnym, trzon obejściowy zaworu do przepływu recyrkulującej cieczy do kanału obejściowego, przy czym trzon obejściowy zaworu przechodzi przez występ centralny korpusu zaworu, tuleję prowadnicy trzonu osadzoną w centralnym występie i otaczającą trzon zaworu, komorę w tulei prowadnicy trzonu przyjmującą recyrkulującą ciecz z trzonu zaworu, przy czym komora tulei prowadnicy trzonu ma otwór wylotowy oraz wydrążone generalnie cylindryczne złącze obejściowe posiadające otwarte części krańcowe z drogą przepływu między nimi, przy czym złącze obejściowe jest umocowane w wylocie recyrkulacyjnym, i charakteryzuje się tym, że złącze obejściowe otacza wylot recyrkulacyjny uszczelniając wylot tulei prowadnicy trzonu oraz posiada łopatki w części krańcowej złącza obejściowego do nadawania ruchu wirującego recyrkulującej cieczy w wylocie recyrkulacyjnym.

Korzystnie łopatki zaworu są śrubowe.

Korzystnie tuleja prowadnicy trzonu ma przeciwnie do siebie usytuowane części krańcowe ustawione odpowiednio w kierunku wlotu i głównego wylotu oraz ścianki w przeciwstawnych sobie częściach krańcowych odcinające przepływ cieczy do i z komory tulei trzonu prowadnicy poprzez te krańcowe części, w których znajdują się tulejowe powierzchnie łożyskujące trzon obejściowy zaworu.

Wynalazek zostanie bliżej omówiony na podstawie korzystnego przykładu wykonania pokazanego na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia przekrój zaworu recyrkulacyjnego według wynalazku w pozycji, w której element główny zaworu jest zamknięty, a element obejściowy otwarty, fig. 2 - pokazuje przekrój poprzeczny zmodyfikowanej postaci złącza obejściowego; fig. 3 - jest widokiem poziomym na złącze obejściowe z zawirowywaczem ulokowanym w tym złączu.

Jak to pokazano na rysunku - fig. 1 - modulujący recyrkulację zawór recyrkulacyjny 10, wykonany zgodnie z wynalazkiem jest wyposażony w główny korpus 12 i przymocowany doń człon pokrywy 14. Człon pokrywy 14 może być dowolnie przymocowany do głównego korpusu 12, na przykład połączeniem gwintowym, poprzez skręcenie śrubami lub połączenie

178 056 sworzniowe. Zawór recyrkulacyjny 10 ma wlot 16 połączony z dolną częścią pompy odśrodkowej do odbioru pompowanej cieczy, główny wylot 18, przez który przepływa ciecz do źródła zapotrzebowania pompy oraz wylot recyrkulacyjny 20 przez który pompowana ciecz jest kierowana przy niskim zapotrzebowaniu przepływu do niskociśnieniowego zbiornika lub zawracania do wlotu pompy. Przy wlocie i dwu wylotach zastosowano połączenia kołnierzowe, ale można także zastosować dowolne inne połączenie rurowe. Rozszerzenie między wlotem 16 i głównym wylotem 18 stanowi kanał głównego przepływu 22 utworzony między dołem kanału głównego przepływu 24 i górą kanału głównego przepływu 26 oddzielonymi elementem głównym zaworu 28 niżej opisanym. Kanał obejściowy 30 rozciąga się od dołu kanału głównego przepływu 24 do wylotu recyrkulacyjnego 20 i jest oddzielony od dołu kanału przepływu 24 elementem obejściowym zaworu 32, dalej opisanym.

Funkcję regulacji przepływu recyrkulacyjnego realizują elementy wewnętrzne zaworu włącznie z głównym elementem zaworu 28 usytuowanym w kanale głównego przepływu 22 i poruszające się pod wpływem przepływającej cieczy, oraz element obejściowy w postaci trzonu obejściowego 32 zaworu sterujący przepływem cieczy między dołem kanału głównego przepływu 24 a recyrkulacyjnym kanałem obejściowym 30 pod wpływem ruchu elementu głównego zaworu 28.

Element główny zaworu 28 · zawiera kolistą tarczę zaworu 34 z dolną uszczelniającą powierzchnią czołową dla uszczelnienia elementu głównego zaworu 28 od strony gniazda zaworu 40, kiedy element główny zaworu znajduje się w położeniu całkowicie zamkniętym. Gniazdo 40, jak to pokazano na rysunku, tworzy część głównego korpusu zaworu 12, ale także może być wyodrębnionym elementem.

Dołączonym do i poruszającym się z elementem głównym zaworu 28 jest element obejściowy zaworu 32, który stanowi cylindryczny trzon obejściowy zaworu 42. Trzon 42 przemieszcza się w dolnym kanale przepływu 24 wzdłuż środkowej osi pionowej zaworu 10. Trzon 42 ma dwie wydrążone komory, dolną komorę trzona 46 i górną komorę trzona 48 oddzielone ścianą 50 i uszczelnione na jej przeciwnych krańcach. Dolna komora trzona 46 łączy się z dolnym kanałem przepływu 24 poprzez szczelinowe otwory 52a, a z kanałem bocznikującym 30 poprzez kolisty otwór 52b. Podobnie, chociaż na odwrót, górna komora trzona 48 łączy się z dolnym kanałem głównego przepływu 24 poprzez kolisty otworek 54b a z kanałem bocznikującym poprzez otworki szczelinowe 54a.

Według wynalazku, tuleja prowadnicy trzonu 56 i złącze obejściowe 58, odpowiednio kontrolują i kierują przepływem cieczy przechodzącej przez zawór obejściowy przewodu recyrkulacyjnego (nie pokazanego na rysunku), o wewnętrznej średnicy usytuowanej koncentrycznie z i zasadniczo równej lub większej od średnicy wylotu recyrkulacyjnego 20 złącza obejściowego 58.

Jak to uwidoczniono na rysunku - fig. 1, tuleja prowadnicy trzonu 56 jest zamocowana w środkowym gnieździe 60 scalonym z korpusem zaworu i posiadającym centralny występ 70. Tuleja prowadnicy ma generalnie kształt cylindryczny wraz z centralną komorą przepływu obejściowego 62 otaczającą obejściowy trzon zaworu 42 i otwór wylotowy 64 tulei prowadnicy naprzeciw wylotu recyrkulacyjnego 20. Górna i dolna powierzchnia 66 i 68 prowadnicy, odpowiednio, ściśle otaczają tuleję trzonu zaworu 42, kierując przemieszczaniem się głównego zaworu i zaworu obejściowego, a ścianki 66a i 66b odcinają przepływ cieczy do i z komory 62 przez części krańcowe tulei prowadnicy trzonu 56. Pierścień ustalający 70 i sprężynująca podkładka 72 mocują tuleję prowadnicy trzonu 56 do środkowego gniazda 60.

Złącze obejściowe 58 jest umocowane do wylotu bocznikującego ustalającą śrubą 74. Złącze 58 ma także wydrążony kształt cylindryczny, którego wewnętrzna powierzchnia jest częścią kanału obejściowego 30. Krawędź wewnętrzna złącza 58 może być tak ukształtowana, aby ściśle otaczała i uszczelniała je od strony wylotu tulei prowadnicy 64. Na przednim krańcu złącze jest zaopatrzone w szereg spiralnych łopatek 76, przekazujących gwałtowny ruch wibracyjny do obejściowego przepływu opuszczającego wylot recyrkulacyjny 20. Taki ruch wibracyjny chroni w dolnej części drobinki od kawitacji i ezrozji poprzez zapobieganie tworze6

178 056 niu się wszelkich gazowych bąbelków przy implodowaniu pod wewnętrzną powierzchnią drobin dolnej części. W szczególności, tuleja prowadnicy trzonu 56 i złącza obejściowego 58 są ukształtowane z nierdzewnej stali na przykład typu 630 ASTM A 564 i typu 316 ASTM A 276, odpowiednio, aby nie dopuścić do awarii przy przepływie recyrkulacyjnym cieczy.

Na fig. 2 i 3 przedstawiono zmodyfikowane postacie złącza obejściowego 58a. Złącze jest zakończone w korpusie zaworu krótką wkładką tulei prowadnicy trzonu 56 z rozchylonym wlotem 58b przyjmującym recyrkulacyjną ciecz. Łopatki '76a są ukształtowane jako odrębna wkładka. W wykonaniu pokazanym na rysunku, wkładka zawiera cztery łopatki, każdą z których ogranicza diametralnie zarówno na krawędzi zewnętrznej jak i wewnętrznej wkładki tulejowej. Każda z łopatek jest spiralna na krawędzi skrzydła łopatki przy wylocie wkładki w kierunku ku przodowi 90° od krańca skrzydła łopatki do zaostrzenia wkładki. Powoduje to przenoszenie gwałtownego ruchu wibracyjnego do cieczy recyrkulującej, przechodzącej ponad łopatkami. Łopatki są umocowane w wkładce, na przykład, poprzez sczepianie szeregiem spoin prowadzących i przenoszących krańców każdej . z łopatek wkładki.

Ruch pionowy elementu obejściowego 32 jest kontrolowany przez ruch elementu głównego zaworu 28 do którego jest dołączony ten element 32. Element główny zaworu 28 może poruszać się między jego w pełni zamkniętym położeniem podczas gdy uszczelniające czoło gniazda jest pod gniazdem zaworu 40 i jego w pełni otwartym położeniem podczas gdy górne czoło 36 osiąga lub opiera się pod nakładką występu 78 ulokowaną w górnym kanale przepływu 26 i połączoną, do kawałka członu pokrywy 14. Jak to uwidoczniono, nakładka występu 76 jest ukształtowana jako część nakładki 14.

Spiralna sprężyna przyłączona jednym końcem do nakładki występu 76 a drugim końcem do elementu głównego zaworu 28, spręża się, aby powodować zamknięcie głównego elementu zaworu 28.

Charakterystyki i osiągi zaworu recyrkulacyjnego 10 można polepszyć w zależności od szczególnych wymagań wynikających z jego zastosowania, wypełniając przestrzeń między tarczą zaworu 34 a wewnętrzną, ścianą, korpusu zaworu 12, przez który przepływa ciecz poprzez dodanie pierścieniowej wkładki zaworu (nie pokazanej na rysunku). Kontroluje się w ten sposób ruch elementu głównego zaworu 28 w zależności od szybkości przepływu cieczy która opuściła ten element zaworu 28. Wkładkę można ukształtować zgodnie z konkretnymi wymaganiami i można ją wykonać z właściwego materiału takiego, jak na przykład cienka blacha. Wymiary zaworu 10 można dobrać, w zależności od konkretnego ciśnienia cieczy i/lub szybkości przepływu w kanale obejściowym 30 przy zmodyfikowaniu średnicy wylotu łącznika obejściowego 58.

Szczególne wykonanie wynalazku opisane powyżej, nie ogranicza możliwości innych jego realizacji nie zawartych w tym opisie, możliwe są zmiany i modyfikacje poszczególnych elementów i wykonań w zakresie wskazanych niżej zastrzeżeń.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zawór recyrkulacyjny automatyczny, reagujący na przepływ przez niego cieczy, z recyrkulacją przepływu, zawierający korpus zaworu i scalony z nim centralny występ w korpusie zaworu, kanał obejściowy recyrkulującej cieczy w korpusie zaworu, wlot korpusu zaworu, główny wylot korpusu zaworu, wylot recyrkulacyjny korpusu zaworu, główny element zaworu reagujący na przepływ cieczy między wlotem a głównym wylotem, element obejściowy zaworu reagujący na ruch głównego elementu zaworu do regulacji przepływu recyrkulacyjnego cieczy pomiędzy wlotem a wylotem recyrkulacyjnym, trzon obejściowy zaworu do przepływu recyrkulującej cieczy do kanału obejściowego, przy czym trzon obejściowy zaworu przechodzi przez występ centralny korpusu zaworu, tuleję prowadnicy trzonu osadzoną w centralnym występie i otaczającą trzon zaworu, komorę w tulei prowadnicy trzonu przyjmującą recyrkulującą ciecz z trzonu zaworu, przy czym komora tulei prowadnicy trzonu ma otwór wylotowy oraz wydrążone generalnie cylindryczne złącze obejściowe posiadające otwarte części krańcowe z drogą przepływu między nimi, przy czym złącze obejściowe jest umocowane w wylocie recyrkulacyjnym, znamienny tym, że złącze obejściowe (58) otacza wylot recyrkulacyjny (20) uszczelniając wylot tulei prowadnicy trzonu (58) oraz posiada łopatki (76) w części krańcowej złącza obejściowego (58) do nadawania ruchu wirującego recyrkulującej cieczy w wylocie recyrkulacyjnym (20).
2. 2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że łopatki (76) są śrubowe.
3. 3. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja prowadnicy trzonu (56) ma przeciwnie do siebie usytuowane części krańcowe ustawione odpowiednio w kierunku wlotu (16) i głównego wylotu (18), oraz ścianki (66a, 66b) w przeciwstawnych sobie częściach krańcowych, odcinające przepływ cieczy do i z komory (62) tulei trzonu prowadnicy (56) poprzez te krańcowe części.
4. 4. Zawór według zastrz. 3, znamienny tym, że w ściankach (66a, 66b) znajdują, się tulejowe powierzchnie łożyskujące trzon obejściowy zaworu (32).