SE414960B - Trevegsventil med forstorat regleringsomrade - Google Patents

Description

7801507-0 den ena, "storventilen" har god precision i fråga om regleringen vid större strömningsmängder, medan den andra "lillventilen" är så dimensionerad, att den vid mycket små strömningsmängder alltjämt har hög precision. Lillven- tilen kan vara öppen eller stängd under tiden för regleringen med storventilen, men sedan storventilen blivit helt stängd, så att den tätar på ett tillfreds- sfifiamesät,ümsfiraflfiflnensflmmmggmwififlvmtflm,smnædhm grad av precision kan regleras ända ned till dennas osäkra bottenområde, vilket kan göras mycket litet.

En sådan anordning~är emellertid icke i alla hänseenden tillfredsställande.

För det första innebär det en komplikation att man måste använda två parallell- kopplade ventiler i en och samma rörledning, särskilt eftersom det är svårt att draga förbindningarna mellan rörledningens gemensanma del, å ena sidan, och de båda ventilerna, å andra sidan på sådant sätt, att regleringsförloppet störande virvelbildningar undgås. Men för det andra kan denna kända anordning inte an- vändas för flervägsventiler, särskilt trevägsventiler. Det kan i detta sammanhang nämnas, att vid en praktiskt utförd anläggning med två parallellkopplade ventiler storventilen hade en maximal genomströmning av l0 m3/min. under det att lill- ventilen hade en maximal genomströmning av endast l m3/min. Även om dessa värden på intet sätt är begränsande för användningensmöjligheten av den kända anordningen, ger de dock ett allmänt begrepp om förhållandena. Det är då även tydligt, att under förutsättning av samma relativa regleringsområde för de båda ventilerna, det totala regleringsområdet ökades i förhållandet l:lO. Normalt regleringsområde är ca l:25. ' Föreliggande uppfinning avser sålunda en trevägs- eller flervägsventil med förstorat regleringsområde, vid vilken dels mängden av det strömmande mediet bestämes genom en första kombination av ventilöppningar, dels även fördelningen av detta strömmande medium bestämmes mellan två eller flera in- resp. utlopp. Inom ett ventilhus är ett första ventilsäte anordnat i samverkan med en ventilkropp, vilken sistnämnda är anordnad att under inverkan från en ventilspindel.kunna för- skjutas i axialriktningen i och för öppnande resp. stängande av en regleringsspalt mellan det nämnda ventilsätet och ventilkroppen.

Enligt uppfinningen är ventilkroppen uppdelad i två från varandra skilda och i förhållande till varandra rörliga delar, vilka är anordnade att röra sig utefter samma axel, ooh vilka står i mekanisk förbindelse med varandra under inverkan av fjädrande organ. En sådan anordning är i och för sig förut känd vid vanliga genomströmningsventiler, men den är inte känd i samband med en trevägs- eller flervägsventil.

Den ena delen, som är förskjutbart anordnad på ventilspindeln, är enligt 7801507-0 uppfinningen vidare anordnad för samverkan med ett ventilsäte för bestämmande av genomströmningskapacitetens förändring vid stor sådan kapacitet, under det att mellan de båda ventilkroppsdelarna en andra ventilspalt föreligger, medelst vilken genomströmningskapacitetens fördelning vid liten sådan kapacitet bestämmas, så att denna ventilspalt är avsevärt mycket mindre än den förstnämnda ventilspalten.

Den andra delen av ventilkroppen, vilken är fast förbunden med ventilspindeln, är anordnad att bestämma fördelningen av det genomströmmande mediet mellan de båda inloppen resp. utloppen genom öppnande resp. slutande av en tredje ventil- spalt. De båda förstnämnda ventilspalterna är så anordnade, att ventilspalten för mindre genomströmningskapacitet öppnas först och ventilspalten för större genomströmningskapacitet öppnas först sedan den för mindre kapacitet blivit åtminstone tillnärmelsevis helt öppnad, och så att vid ventilens stängande motsatt ordningsföljd förekommer.

Uppfinningen kommer nedan att närmare beskrivas i anslutning till ett på bifogade ritningar visat utföringsexempel, men det är underförstått, att uppfinningen inte är inskränkt till detta särskilda utföringsexempel, utan att allehanda olika modifikationer kan förekomma inom uppfinningens ram.

På ritningarna visar fig l ett diagram över regleringsförloppet vid en traditionell ventil för förklaring av begreppet "regleringsomrâde“.

Fig 2 visar en trevägsventil enligt det nämnda utföringsexemplet på upp- finningen i dess helhet, och fig 3 visar en förstorad bild av de verksamma delarna i den sistnämnda ventilen.

I det diagram, som visas i fig l, antas det som exempel, att den tradi- tionella ventilen är så utförd, att den åstadkommer en logaritmisk reglering enligt en kurva l0 i ett kartesianskt koordinatsystem, vars vertikalaxel anger genomströmmande flöde och vars horisontalaxel anger ventilkroppens slaglängd i förhållande till dess ventilsäte.

Kurvan 10 i fig l löper sålunda i en logaritmiskt sluttande bana från sitt maximivärde ll till ett minimivärde 12, men för värden under detta minimi- värde l2 beskriver kurvan en tämligen oregelbunden och i praktiken från god regler- ing undandragen bottenkrök 13. Avståndet mellan nollvärdet och maximivärdet be- , medan den vertikala vidden av bottenvärdet betecknas som Qmín.

Med regleringsområdet förstår man då förhållandet Qnax/Qmin. Beroende på hur om- sorgsfullt ventilerna är konstruerade och andra omständigheter, särskilt lednings- dragningen till och från ventilen, vilken genom krökar, dimensionsförändringar och liknande kan skapa störande virvelbildningar, varierar regleringsområdet från den ena ventilen till den andra tämligen avsevärt, men som ett gott medelvärde kan man exempelvis utgå från l:25. Ett så litet regleringsamrâde är klart otillfreds- tecknas som Qmax 7801507-0 ställande för åtskilliga ändamål, och föreliggande uppfinning har därför till ändamål att, särskilt vid trevägsventiler, för vilka man ännu inte funnit någon godtagbar lösning på problemet, att vidga regleringsområdet, åstadkomma en vidg- ning av detsamma. 2 En ventil enligt uppfinningen vid vilken ventilkroppen är uppdelad på det ovan angivna sättet, visas i fig 2 såsom exempel på hur uppfinningen kan utövas i en praktisk utföringsform.

Ventilhöljet 20 är på vid trevägsventiler sedvanligt sätt försett med tre anslutningsbussningar 2l,-22 och 23. Ventilaxeln löper genom ett nav 24, och de tre bussningarna 2l, 22, 23 och navet 24 bildar tillhopa ett åtminstone till- närmelsevis regelbundet kors. Ventilaxeln 25 är givetvis på traditionellt sätt tätad mot läckning. Den är förbunden med den ena delen 26 av ventilkroppen.

Det skall i detta sammanhang påpekas, att för förtydligande av funktionen hos ventilen enligt fig 2, denna i högra hälften visats i det läge, i vilket storventildelen just blivit stängd, medan lillventildelen alltjämt är öppen, medan ventilen i vänstra hälften av fig 2 visats i det läge, där även lillventil- delen blivit stängd. För kommande bruk i förevarande beskrivning har ventil- kroppens undre del i det förstnämnda läget betecknats 26' och i det sistnämnda läget 26". Motsvarande indexbeteckningar har även använts för övriga delar av ventilkroppen.

Det är för uppfinningen utan avgörande betydelse, hur de olika ledningarna tillförs de tre anslutningsbussningarna 2l, 22 och 23, men då det i allmänhet är önskvärt att det inkonmande mediet påverkar ventilkroppen i sådan riktning, att fluttringseffekt undviks, är det även lämpligt att det inkommande mediet strömnar till genom anslutningsbussningen 2l. Det strömmar då antingen ut genom endera eller båda de övriga anslutningsbussningarna 22 och 23 i en av ventilens inställning bestämd fördelning, eller i sin helhet genom anslutningsbussningen 23 i samband med ytterligare medium, som kan tillföras genom anslutningsbussningen 22. Den undre ventilkroppsdelen 26 är fäst vid ventilaxeln 25 medelst något lämpligt medel, exempelvis rörnitar 27.

Med hjälp av den i två delar uppdelade ventilkroppen 26, 33 regleras sålunda det totala flödet av medium, som tränger in genom anslutningsbussningen 2l, för att därefter fördelas på de båda anslutningsbussningarna 22 och 23. _ Fördelningen kan äga rum pâ strängt taget vilket lämpligt sätt som helst, men i förevarande fall antas det, att den sker därigenom att medieströmmen genom anslut- ningsbussningen 22 underkastas reglering, vilket leder till en automatiskt åter- verkande reglering av medieströmnen genom anslutningsbussningen 23. Medieregleringen genom anslutningsbussningen 22 äger nämligen rum därigenom, att den på ritnings- 7891507-0 figuren undre delen av ventilkroppen 26 såsom ventilkropp samverkar med ett ventilsäte 43.

Härefter hänvisas till den förstorade bilden av de i ventilen verksamma delarna, som återfinns i fig 3. I och för beredande av möjlighet till en mera exakt bearbetning av ventilsätet är detta utfört som en fristående del 28 av ringform, som på lämpligt sätt, exempelvis genom inskruvning i en gängad öppning 29 är anordnad i den snett genom ventilhuset 20 gående väggen 30. För åstadkommande av bästa möjliga tätning är ventilsätet 28 på sin i fig 2 och 3 nedåt vända ände försedd med en profilerad-'kant 3l, vilken samverkar med en fläns 32 på den rörliga ventilkroppsdelen 33. Den sistnämnda är fritt förskjutbart anordnad på ventilaxeln 25, dock så, att dess förskjutningsrörelse begränsas i ena riktningen genom anslag mot den fast anbragta ventilkroppsdelen 26 och i andra riktningen genom anslag mot en stoppring 34, som är inlagd i ett spår 35 i ventilaxeln 25.

I de mot varandra vända, företrädesvis plana ytorna på vardera av de båda ventilkroppsdelarna 26 och 33 är cylindriska spår upptagna vid 36 och 37, och dessa spår är så anordnade, att de korrespondera med varandra. De upptar en tryckfjäder 38, företrädesvis en skruvfjäder. Åtminstone ett men företrädesvis ett flertal spår, som jämväl företrädesvis löper axiellt, är anordnade antingen i insidan av den rörliga ventilkroppen 33 eller i axeln 25. På ritningarna visas det sistnämnda vara fallet. Två sådana spår 39', 39" visas på ritningen. De bildar genomströmningsarea för lillventildelen Den egentliga regleringen av lillventildelen sker emellertid mellan en cylindrisk mantel 40 på den rörliga ventilkroppsdelen 33 och en yta 4l på den med axeln för- bundna ventilkroppsdelen 26. Ytan 4l är för åstadkomande av bättre tätning i lillventildelens stängda läge lämpligen trappstegsformad så som utan vidare fram- går av ritningen, och den cylindriska manteln 40 är därvid så anpassad, att den vid stängd lillventildel ingriper i steget mellan de båda planen i ytan 4l, se den vänstra hälften av fig 3. Mellan insidan av den cylindriska manteln 40 och axeln 25 föreligger ett cirkulärcylindriskt rum 42 i kommunikation med.spåren 39.

Ventilen enligt ovanstående fungerar på följande sätt: ,Då ventilen är helt öppen i vad avser kommunikation mellan anslutnings- bussningen 21 och anslutningsbussningen 23 men helt stängd i vad avser kommunika- tion mellan anslutningsbussningen 2l och anslutningsbussningen 22, befinner sig ventilkroppsdelen 26 i tätande anliggninq mot det vid in- eller utloppet till anslutningsbussningen 22 befintliga ventilsätet 43 vars beskaffenhet i övrigt är utan större intresse för föreliggande uppfinning. Däremot är den övre, rörliga ventilkroppsdelen 33 helt skild från sitt ventilsäte 3l, och fri kommunikation råder därför mellan anslutningsbussningen 2l och anslutningsbussningen 23. Genom 7801507-o formen på den med ventilspindeln 25 fast förbundna ventildelen 26 kan man åstadkomma önskad karaktäristik för mediefördelningen vid ventilens reglering.

Genom formen på den rörliga ventildelen 33 kan man även åstadkomma önskad 2 karaktäristik för regleringen av den totala medieströmningen, och i det före- varande fallet har man som exempel avsett att åstadkomma den i fig l visade * logaritmiska regleringskarakteristiken, men i detta hänseende är uppfinningen givetvis inte begränsad. Medieströmning sker sålunda i detta fall dels och till större delen genom spalten mellan ventilsätet 3l och den rörliga ventilkroppen 33, dels även från anslutningsbussningen 2l genom spåren 39 och det cylindriska rummet 42 samt spalten 44 mellan den på ritningen undre plana ytan på den rör- liga ventilkroppen 33 och den på ritningen övre plana ytan på ventilkroppen 26, samt slutligen till anslutningsbussningen 23, den mindre andelen.

Samtidigt med att ventilkroppskonstruktionen medelst ventilaxeln 25 lyfts uppåt, öppnas successivt förbindelsen mellan anslutningsbussningarna 2l och 22 genom att ventilkroppen 26 lyfts upp från sitt ventilsäte 43, och minskas genom- strömningsarean genom storventildelen, eller med andra ord mellan den rörliga ventilkroppen 33 och ventilsätet 31. Den lillventildelen motsvarande strömnings- vägen förblir emellertid härvid öppen, dock endast i den mån inte stoppringen 35 bereder visst motstånd mot strömning; men detta strömningsmotstånd kan dock i förevarande sammanhang försummas, eftersom det i varje fall är obetydligt i jäm- förelse med strömningsmotståndet genom spåren 39. Dessutom kommer på sätt, som kommer att framgå av det följande stoppringen 35 att under den egentliga funk- tionen av lillventildelen avlägsnas från aktiv strypningsverkan i anslutning till övre kanten på den rörliga ventilkroppsdelen 33. På detta sätt åstadkommas den önskade medieströmsfördelningen genom ventilen från anslutningsbussningen 2l till de båda anslutninqsbussninqarna 22 och 23 under reglering genom storventilverkan.

Lillventildelen förblir under hela denna tid helt öppen. s När därefter storventildelen stängs genom anliggning mellan det väl slipade flänspartiet 32 och ventilsäteskanten 31, kommer strömningen att under-väl regleringsbara förhållanden fortsätta genom den nu alltjämt helt öppna lillventil- delens strömningsväg, så som denna ovan beskrivits. Under den fortsatta lyftnings- rörelsen medelst ventilaxeln 25 kommer nu ventilkroppsdelen 26 att alltmer närma sig mot ventilkroppsdelen 33, och som följd härav kommer även spalten mellan undre kanten på den cylindriskamantaln40 och ventilsätet 41 att minskas, vilket leder till den önskade funktionen av lillventildelen, så att regleringskarakteristiken erhåller ett kontrollerbart förlopp jämväl inom dne del av karakteristiken, som i fig l betecknats med l3. Slutligen stänges jämväl lillventildelen genom att undre kanten på den cylindriska manteln 40 kommer till anliggning mot ventilsätet 7801597-0 41, och ventilen är nu helt stängd.

Vid öppnandetav ventilen blir förhållandet det helt motsatta, och även i detta fall erhåller man därför genom lillventilverkan en god reglering inom det eljest för god reglering undandraona omrâdet 13, fig l.

Det skall särskilt bemärkas, att vid stängd storventildel ett tämligen starkt tryckfall kommer att under omständigheter råda mellan inloppssidan och utloppssidan. Det är av vikt, att detta tryckfall inte får verka på lillventil- delen på sådant sätt, att denna underkastas någon icke önskad rörelse. Så sker inte heller vid den visade-utföringsformen. Regleringsverkan inom lillventil- delen sker ju i sin helhet genom spalten mellan den cylingdriska delen 40 och ventilsätet 4l. Den cylindriska delen 40 är emellertid fast förbunden med den övre ventildelen 33, och denna ligger nu i ett stabilt och fixerat läge genom anliqgningen mot ventilsätet 31, så att någon icke önskad förskjutning av denna del inte kan uppkomma. Den undre ventildelen 26 står i fast förbindelse med vontilaxeln 25 med hjälp av rörnitarna 27, och någon icke önskad förskjutning av denna del kan därför inte heller förekomma.

Fördelarna med uppfinningen är härefter uppenbara. Man har sålunda i ett och samma ventilhus kunnat inbygga organ, som i ordningsföljd efter vartannat fungera som storventil och som lillventil vid stängande av ventilen resp. som lillventil och som storventil vid öppnande av ventilen. Anordningen har kunnat apteras till en trevägsventil, vilket man inte tidigare kunnat åstadkomma, och hela ventilaggregatet behöver inte bli större än vad som skulle ha varit för- hållandet vid en traditionell trevägsventil för samma kapacitet. Den person som manövrerar ventilen medelst ventilaxeln har ingen känsla för när storventil- verkan inträder resp. upphör och lillventilverkan upphör resp. inträder, men regleringsområdet vidgas högst avsevärt, i idealfallet från ungefär 1:25 till l:300. Hela ventilkonstruktionen är enkel och lätt att tillverka.

Claims (12)

vso1so7-o i Éf P a t e n t k r a v
1. l. Föreliggande uppfinning avser en trevägs- eller flervägsventil med förstorat regleringsomrâde, vid vilken dels mängden av det strömmande mediet bestämmes genom en första kombination av ventilöppningar, dels även fördelningen av detta strömmande medium bestämmas mellan tvâ eller flera in- resp. utlopp (22, 23). Inom ett ventilhus (20) är ett första ventilsäte (28) anordnat i sam- verkan med en ventilkropp (33), vilken sistnämnda är anordnad att under inverkan från en ventilspindel (25) kunna förskjutas i axialriktningen i och för öppnande resp. stängande av en regleringsspalt mellan det nämnda ventilsätet (28) och ventilkroppen (33). E n lvi g t u p p f i n n i n g e n är ventilkroppen på i och för sig känt sätt uppdelad i tvâ från varandra skilda och i förhållande till varandra rörliga delar (26, 33), vilka är anordnade att röra sig utefter samma axel (25), och vilka står i mekanisk förbindelse med varandra under in- verkan av fñädrande organ (38). Den ena delen (33), som är förskjutbart anordnad på ventilspindeln (25), är emellertid anordnad för samverkan med ett ventilsäte (31) för bestämande av genomströmningskapacitetens förändring vid stor kapacitet, undet det att mellan de båda ventilkroppsdelarna (28, 33) en andra ventilspalt (40, 41) föreligger, medelst vilken genomströmningskapacitetens fördelning vid liten sådan kapacitet bestämmas, så att denna ventilspalt är avsevärt mycket mindre än den förstnämnda ventilspalten (3l, 32). Den andra delen (26) av ventil- kroppen, vilken är fast förbunden med ventilspindeln (25), är anordnad att be- stämma fördelningen av det genomströmmande mediet mellan de båda inloppen resp. utloppen (22, 23) genom öppnande resp. slutande av en tredje ventilspalt (43, 26). De båda förstnämnda ventilspalterna (40, 4l resp. 3l, 32) är så anordnade, att ventilspalten (40, 4l) för mindre genomströmningskapacitet öppnas först, och ventilspalten (3l, 32) för större genomströmningskapacitet öppnas först sedan den för mindre kapacitet blivit åtminstone tillnärmelsevis helt öppnad, och så att vid ventilens stängande motsatt ordningsföljd förekommer.
2. 2. Vid en ventil enligt patentkravet l utgörs det fjädrande organet av en skruvfjäder (38).
3. 3. Vid en ventil enligt patentkravet 2 är skruvfjädern (38) inlagd i två 7801507-0 med varandra korresponderande spår, det ena (37) i den i förhållande till ventilaxeln (25) rörliga ventilkroppsdelen (33) och det andra i den i för- hållande till ventilaxeln (25) fasta ventilkroppsdelen (26).
4. 4. Vid en ventil enligt något av föregående patentkrav är det fjädrande organet förspänt i sådan riktning, att det strävar att pressa de båda ventil- kroppsdelarna (26, 33) från varandra mot verkan av den kraft, som påverkar nämnda ventilkroppsdelar vid förskjutning av ventilaxeln (25).
5. 5. Vid en ventil enligt något av föregående patentkrav ärai den cylind- riska anliggningsytan mellan ventilaxeln (25), å ena sidan, och den i för- hållande till ventilaxeln (25) rörliga ventilkroppsdelen (33) spår anordnade för bildande av strömningsvägen med mindre genomströmningskapacitet.
6. 6. Vid en ventil enligt patentkravet 5 är spåren anordnade i insidan av -det för genomförande av ventilaxeln (25) anordnade loppet i den i förhållande till ventilaxeln (25) rörliga ventilkroppsdelen (33).
7. 7. Vid en ventil enligt något av föregående patentkrav är en stoppring eller liknande spärrorgan (34) anordnad för begränsning av rörelsemöjligheten hos den i förhållande till ventilaxeln (25) rörliga ventilkroppsdelen (33) i riktning bort från den andra ventilkroppsdelen (26).
8. 8. Vid en ventil enligt något av föregående patentkrav är de mot varandra vända ytorna på de båda ventilkroppsdelarna (33, 26) utförda på mot varandra korresponderande sätt, så att mellan dem ventilspalten (40, 41) för mindre genomströmningskapacitet bildas.
9. 9. Vid en ventil enligt patentkravet 8 är en cylindermantelformig del (40) anordnad utskjutande från den i förhållande till ventilaxeln (25) rörliga ventilkroppsdelen (33) i riktning mot den andra ventilkroppsdelen (26), och denna andra ventilkroppsdel (26) är försedd med ett mot kanten på den cylinder- mantelformiga delen korresponderande ventilsäte (4l).
10. 10. Vid en ventil enligt patentkravet 9 är det sistnämnda ventilsätet (41) trappstegsformigt i sektion. ,
11. ll. Vid en ventil enligt något.av patentkraven 6 - l0 är vid den bort från inloppssidan för ventilen befintliga änden av spåren (39) ett vidgat rum (42) anordnat mellan axeln (25) och den i förhållande till ventilaxeln (25) rörliga ventilkroppsdelen (33). 10 7801507-0
12. 12. Vid en ventii eniigt patentkravenß och 11 är den cyiindermantei- formiga deien (40) anordnad att under regieringsröreisen genom förskjutning meiian de båda venti1kroppsde1arna"(26, 33) successivt täcka eHer avtäcka spalten meilan å ena sidan det vidgade rummet (42), och å andra sidan distans- utrymmet meiian de båda ventiikroppsdeiarnas (26, 33) mot varandra vända sidor (44) i ocnför reglering av den därigenom strörrrnande mediemängden. ÅNFÖRDÅ PUBLIKÅTIONERC Schweiz 529 953 (F16K'1/34) US 75Û 321 (137-630Ä4), 3 078 875 (i37-630J5), 3 624 753 (137-63OJ4)