PL191158B1 - Zawór podnośny - Google Patents

Abstract

1. Zawór podnosny z gniazdem zaworowym, do którego w pozycji zamknietej zaworu przyle- ga zawieradlo, przy czym gniazdo zaworu i zawieradlo znajduja sie pomiedzy dwiema komorami laczacymi, znamienny tym, ze po obu stronach waskiego kanalowego przekroju poprzecznego (F) polaczonego z jedna z komór laczacych (2; 102) ma odpowiednio pierwsze (6; 106) i drugie (7; 107) gniazdo zaworowe, przy czym zawieradlo (8; 108) przylega jednoczesnie do obu gniazd zaworowych (6, 7; 106; 107), a obszary (16, 17; 116, 117) sasiadujace z pierw- szym (6; 106) i drugim (7; 107) gniazdem zawo- rowym, po drugiej stronie waskiego kanalowego przekroju poprzecznego (F) polaczone sa z druga komora laczaca (3; 103). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawór podnośny z gniazdem zaworowym, do którego w pozycji zamkniętej zaworu przylega zawieradło, przy czym gniazdo zaworu i zawieradło znajdują się pomiędzy dwiema komorami łączącymi.

Zawory podnośne tego rodzaju są znane w wielu wersjach, na przykład z opisu patentowego DE 36 15 229 A1. W zaworach tego typu pierścieniowe gniazdo zaworowe otacza pierścieniowy kanałowy przekrój poprzeczny, całkowicie zakryty pierścieniowym zawieradłem. Umożliwia to wstępne określenie charakterystyki przepływu. Zawory takie są odpowiednie do wszelkiego rodzaju mediów płynnych a w szczególności do cieczy.

Celem wynalazku jest taka konstrukcja zaworu podnośnego, w którym nawet małe podniesienie zawieradła umożliwia duży przepływ płynu.

Istotą wynalazku jest zawór podnośny, w którym według wynalazku, po obu stronach wąskiego kanałowego przekroju poprzecznego połączonego z jedną z komór łączących ma odpowiednio pierwsze i drugie gniazdo zaworowe, przy czym zawieradło przylega jednocześnie do obu gniazd zaworowych, a obszary sąsiadujące z pierwszym i drugim gniazdem zaworowym, po drugiej stronie wąskiego kanałowego przekroju poprzecznego połączone są z drugą komorą łączącą.

Osiąga się przez to pożądane zwiększenie wielkości przepływu przy niewielkim podniesieniu zawieradła, ponieważ płyn może przepływać nad pierwszym i drugim gniazdem zaworowym, co oznacza, że oba obszary są dostępne dla przepływu. Oznacza to również, że przy pewnym podniesieniu zawieradła spadek ciśnienia w zaworze będzie względnie niski, a ponieważ jedynie część zawieradła odpowiadająca wąskiemu kanałowemu przekrojowi poprzecznemu jest poddawana działaniu tej różnicy ciśnień, względnie małe siły wystarczają do przemieszczenia zawieradła.

Termin „wąski kanałowy przekrój poprzeczny” należy, według wynalazku, rozumieć jako powierzchnię, przy której długość każdego z dwóch gniazd zaworowych jest wielokrotnością odległości pomiędzy nimi. Korzystny jest stosunek długość-odległość wynoszący od co najmniej 5, korzystnie od 10 do 80, a zwłaszcza od 30 do 60. Odległość pomiędzy gniazdami zaworowymi jest korzystnie stała. Może się ona jednak zmieniać w zakresie stosunków długość-odległość wspomnianym powyżej.

Szczególnie korzystne jest, aby wąski kanałowy przekrój poprzeczny miał kształt pierścieniowy, a jego krawędzie definiowały zewnętrzne oraz wewnętrzne pierścieniowe gniazda zaworowe. Ponieważ pozostałe wymiary zewnętrzne są równe osiąga się dzięki temu zdwojenie powierzchni wypływu.

Korzystne jest ponadto, aby wąski przekrój kanałowy był utworzony poprzez rowek. Zamiast rowka można tu także zastosować szczelinę przelotową.

W szczególnie korzystnej, prostej konstrukcji zaworu podnośnego według wynalazku na zawieradle znajduje się uszczelka wspólna dla obu gniazd zaworowych.

Korzystne jest także, aby do pierwszego i/lub do drugiego gniazda zaworowego przylegał kołnierz uszczelniający. Kołnierze uszczelniające tego typu są bardziej sprężyste niż pozostała powierzchnia uszczelki. Przylegają dzięki temu ściślej przy małej sile dociskającej i rozwierają się przy małych różnicach ciśnień.

W połączeniu z pierścieniowymi gniazdami zaworowymi, korzystne jest, aby zawieradło miało pierścieniową uszczelkę z zewnętrznym i wewnętrznym kołnierzem uszczelniającym, wystającymi promieniście odpowiednio na zewnątrz i do wewnątrz, przy czym kołnierze te będą przylegać odpowiednio do zewnętrznego i wewnętrznego gniazda zaworowego.

Korzystne jest także, aby czołowe końce zewnętrznego i wewnętrznego gniazda zaworowego były zaokrąglone. Redukuje to szumy przepływu.

Korzystne jest również, aby zewnętrzne i wewnętrzne gniazdo zaworowe były stopniowane, a kołnierze uszczelniające przylegały do pierwszego stopnia, przy małym obciążeniu zamykającym zawór bądź przy większym obciążeniu uszczelka w obszarze docisku kołnierzy uszczelniających przylegała do drugiego stopnia. Wraz ze wzrostem obciążenia uszczelka przemieszcza się pomiędzy pierwszym a drugim stopniem, co sprawia, że siła działająca na kołnierze uszczelniające jest ograniczona w kierunku górnym.

W szczególnie korzystnej konstrukcji zaworu podnośnego według wynalazku, wysokości dwóch gniazd zaworowych są przesunięte, a zawieradło przylega wyłącznie do jednego gniazda zaworowego, bądź łącznie do obu gniazd zaworowych. Uzyskuje się dzięki temu zakrzywioną charakterystykę pracy zaworu, przy której wraz z podnoszeniem zawieradła przepływ zwiększa się początkowo wolno a potem znacznie szybciej.

PL 191 158 B1

Szczególnie korzystne jest zastosowanie zaworu podnośnego według wynalazku jako wykrywacza wycieków, gdzie zawieradło jest obciążone pierwszą sprężyną zamykającą działającą w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu cieczy, a urządzenie do pomiaru podniesienia zawieradła określa wielkość przepływu. Ponieważ zawieradło otwiera się w zależności od wielkości przepływu przy względnie niewielkim spadku ciśnienia można mierzyć bardzo duży zakres przepływów.

W szczególnie korzystnej konstrukcji zaworu podnośnego według wynalazku zawieradło obciążone jest drugą sprężyną zamykającą opartą na przeciwkołnierzu, przy czym przeciwkołnierz, poprzez urządzenie regulujące, ma możliwość przesuwu do nieaktywnej pozycji drugiej sprężyny zamykającej. Dzięki drugiej sprężynie zamykającej, zawór może bezpiecznie pozostawać w pozycji zamkniętej. Ponieważ ciśnienie jest wywierane przez płyn jedynie na pierścieniowej powierzchni zawieradła, do przemieszczenia przeciwkołnierza wystarczające jest zastosowanie drugiej sprężyny zamykającej o ograniczonej sile działania i względnie niewielka siła.

W przypadku zastosowania zaworu podnośnego jako wykrywacza wycieków korzystne jest, aby na zawieradle znajdował się wirnik pomiarowy, umieszczony na dodatkowej ścieżce przepływu omijającej rowek pierścieniowy, z którym połączone jest urządzenie do pomiaru prędkości wirnika pomiarowego dla określania wielkości przepływu. Ponieważ zawór podnośny umożliwia przepływ znacznych ilości płynu przy małym podniesieniu zawieradła, wirnik pomiarowy pozawala na dużą dokładność, nawet przy małych wielkościach przepływu.

Szczególnie korzystna konstrukcja zaworu podnośnego według wynalazku posiada urządzenie pomiaru impulsów generowanych przez znaczniki wirnika pomiarowego, dla określania prędkości wirnika w funkcji częstotliwości impulsów i dla określania podniesienia zawieradła w funkcji stosunku czasu trwania impulsów do czasu trwania przerw między nimi. Pozwala to na prosty pomiar prędkości i wysokości podniesienia zawieradła.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w korzystnym przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny zaworu podnośnego według wynalazku, fig. 2 przedstawia przekrój wzdłużny zaworu podnośnego według wynalazku pracującego jako wykrywacz wycieków, a fig. 3 przedstawia powiększony widok obszaru „A” gniazda zaworowego przedstawionego na rysunku fig. 2.

Zawór podnośny przedstawiony na rysunku fig. 1 posiada obudowę 1 mającą wlotową komorę łączącą 2 i wylotową komorę łączącą 3. Wkładka 4, jest zamocowana pomiędzy komorami 2 i 3 i posiada na swym zakończonym pierścieniowym rowkiem 5 końcu, połączonym z wlotową komorą łączącą 2, zewnętrzne gniazdo zaworowe 6 i wewnętrzne gniazdo zaworowe 6. Otwarty koniec pierścieniowego rowka 5 tworzy wąski kanałowy przekrój poprzeczny F, gdzie stosunek długości (obwodu uszczelniania) zewnętrznego gniazda zaworowego 6 do odległości pomiędzy zewnętrznym 6 a wewnętrznym 7 gniazdem zaworowym wynosi w przybliżeniu 35. Zawieradło 8, obciążone sprężyną powrotną 9 działającą w kierunku otwierania zaworu, jest wprowadzone w dodatkową wkładkę 10, której obracanie umożliwia ustawienie wartości kv zaworu. Zawieradło 8 może być przemieszczone osiowo za pomocą niepokazanego na rysunku elementu regulującego poprzez sworzeń 11 wyprowadzony na zewnątrz zaworu poprzez komorę dławikową. Elementem regulującym może być na przykład termostat zamykający zawór wraz ze zwiększaniem się temperatury otoczenia.

Na zawieradle 8 znajduje się pierścieniowa uszczelka 13 posiadająca wystający promieniście na zewnątrz zewnętrzny kołnierz uszczelniający 14, współpracujący z zewnętrznym gniazdem zaworowym 6,i wystający promieniście do wewnątrz wewnętrzny kołnierz uszczelniający 15, współpracujący z wewnętrznym gniazdem zaworowym 7. Zewnętrzne 6 i wewnętrzne 7 gniazdo zaworowe mają zaokrąglone powierzchnie końcowe. Ponadto obszar 16, na zewnątrz zewnętrznego gniazda zaworowego6 i, poprzez kanały penetracyjne 18, obszar 17 wewnątrz wewnętrznego gniazda zaworowego połączone są z wylotową komorą łączącą 3.

Jak zaznaczono strzałkami 19, przepływ płynu przez pierścieniowy rowek 5 rozdziela się przy otwartym zaworze. Część płynu przepływa przez wylot utworzony pomiędzy zewnętrznym gniazdem zaworowym 6 a odpowiadającym mu zewnętrznym kołnierzem uszczelniającym 14 bezpośrednio do obszaru 16 i do wylotowej komory łączącej 3. Pozostała część płynu przepływa przez wylot pomiędzy wewnętrznym gniazdem zaworowym 7a odpowiadającym mu wewnętrznym kołnierzem uszczelniającym 15 do obszaru 17 i poprzez kanały penetracyjne 18 do wylotowej komory łączącej 3. Nawet małe podniesienie zawieradła 8 umożliwia przepływ dużych ilości płynu. Ponieważ ciśnienie wlotowe działa na zawieradło 8 jedynie w obszarze pierścieniowego rowka 5, czyli na powierzchni wąskiego kanało4

PL 191 158B1 wego przekroju poprzecznego, F, siły wywierane przez urządzenie regulujące, konieczne do przemieszczenia zawieradła 8 są odpowiednio małe.

Pierścieniowa uszczelka 13 jest typowo wykonana z gumy lub sprężystego tworzywa. Dzięki temu uformowane na niej zewnętrzny 14 i wewnętrzny 15 kołnierz uszczelniający są miękkie i elastyczne; przylegają ciasno pod działaniem względnie małej siły dopasowując się do zewnętrznego 6 i wewnętrznego 7 gniazda zaworowego.

Na rysunku fig. 2 i fig. 3 przedstawiono zawór podnośny według wynalazku pracujący jako wykrywacz wycieków. Odsyłacze numeryczne odpowiednich elementów zwiększono tu o 100.

Po pierwsze stosunek długości do szerokości wąskiego kanałowego przekroju poprzecznego F wynosi tu około 45. Dzięki temu małe podniesienie zawieradła umożliwia znaczny przepływ płynu.

Jak przedstawiono na rysunku fig. 3 wewnętrzne gniazdo zaworowe 107 jest przesunięte osiowo względem zewnętrznego gniazda zaworowego 106 tak, że ruch zamykający doprowadzi w pierwszej kolejności do połączenia wewnętrznego gniazda zaworowego 107 z wewnętrznym kołnierzem uszczelniającym 115,a następnie zewnętrznego gniazda zaworowego 106 z zewnętrznym kołnierzem uszczelniającym 114. Uzyskuje się przez to zakrzywioną charakterystykę pracy zaworu, ponieważ na początku ruchu podnoszącego dostępny jest jedynie jeden obszar przepływu, pomiędzy zewnętrznym gniazdem zaworowym 106 a zewnętrznym kołnierzem uszczelniającym 114 zaś drugi obszar przepływu pomiędzy wewnętrznym gniazdem zaworowym 107 a wewnętrznym kołnierzem uszczelniającym 115 otwiera się później.

Zewnętrzne 106 i wewnętrzne 107 gniazdo zaworowe mają dwa stopnie. Pierwszy stopień 120, 121 jest utworzony przez pierścieniowy wznios, a drugi stopień 122, 123 przez zewnętrzną krawędź pierścieniowego rowka 105. Zewnętrzny kołnierz uszczelniający 114 i wewnętrzny kołnierz uszczelniający 115 współpracują z pierwszym stopniem 120, 121 a uszczelka pierścieniowa 113 w obszarze docisku kołnierzy uszczelniających na współpracuje z drugim stopniem 122, 123.

Podczas normalnej pracy, zawieradło 108 jest obciążone sprężyną zamykającą 124o względnie małej sile. Z tego względu zawieradło 108 przyjmuje pozycję zależną od wielkości przepływu. Dzięki temu, w połączeniu z urządzeniem do pomiaru wzniosu, które zostanie opisane później zawór podnośny działa jak przepływomierz.

Silniejsza sprężyna zamykająca 125 jest zwykle utrzymywana w pozycji oddalonej od zawieradła 108, za pomocą przeciwkołnierza 126. Przeciwkołnierz 126 jest umieszczony na wkładce 127, której położenie jest ustawiane sworzniem 129 za pomocą urządzenia regulującego. Urządzenie regulujące może być, na przykład, silniczkiem elektrycznym, ale może być również regulowane w sposób manualny. Kiedy sworzeń 129 i wkładka 127 przemieszczają się do góry, aktywując sprężynę zamykającą 125, zawór podnośny zamyka się pod działaniem obu sprężyn zamykających 124 i 125 co prowadzi do uszczelnienia obu stopni 120, 121 i 122, 123. W takim przypadku zawór podnośny pełni rolę urządzenia zamykającego.

Na zawieradle 108 znajduje się wirnik pomiarowy 130, zasilany płynem z wlotowej komory łączącej 102 wpływającym poprzez otwór 131, który wypływa następnie do wylotowej komory łączącej 103 poprzez kanał 132. Otwór 131, wirnik pomiarowy 130i kanał 132 tworzą dodatkową ścieżkę przepływu, która omija rowek pierścieniowy 105, a co za tym idzie cały zawór. Poprzez określenie prędkości obrotów wirnika pomiarowego 130 możliwa jest rejestracja małych wielkości przepływu.

Elektro-optyczne urządzenie do pomiaru impulsów 133, w połączeniu ze źródłem światła, którego promień jest przerywany przez znaczniki 134 w kształcie łopatek na wirniku pomiarowym 130 generuje sekwencję impulsów, która jest wysyłana poprzez wejście 135 do obwodu pomiarowego 136. Częstotliwość impulsów jest miarą prędkości wirnika pomiarowego 130, zaś stosunek czasu trwania impulsu do czasu trwania przerwy pomiędzy kolejnymi impulsami jest miarą podniesienia zawieradła 108, a przez to również wirnika pomiarowego 130, ponieważ przy stałej grubości znaczników 134 odległość pomiędzy kolejnymi znacznikami 134 zmienia się odpowiednio do wysokości podniesienia zawieradła 108. Urządzenie do pomiaru impulsów 133 wraz z obwodem pomiarowym 136 stanowi układ do pomiaru podniesienia zawieradła 108 i układ do pomiaru prędkości.

Pozwala to na następujący tryb pracy wykrywacza wycieków. Małe wielkości przepływu określane są za pomocą pomiaru obrotów wirnika pomiarowego 130 przy zamkniętym zaworze podnośnym. Większe wielkości przepływu są określane za pomocą pomiaru podniesienia zawieradła 108 oraz pomiaru obrotów wirnika pomiarowego 130. Kiedy, za pomocą innych kryteriów, obwód pomiarowy 136 wykryje wyciek, niezależnie czy duży czy mały, urządzenie regulujące 128 zadziała tak, aby uaktywnić silniejszą sprężynę zamykającą 125, która zamknie zawór.

PL 191 158 B1

Jednocześnie można zamknąć dodatkową ścieżkę przepływu, ponieważ otwór 131 jest zamykany pokrywą 137 znajdującą się na wkładce 127.

Claims (13)

1. Zawór podnośny z gniazdem zaworowym, do którego w pozycji zamkniętej zaworu przylega zawieradło, przy czym gniazdo zaworu i zawieradło znajdują się pomiędzy dwiema komorami łączącymi, znamienny tym, że po obu stronach wąskiego kanałowego przekroju poprzecznego (F) połączonego z jedną z komór łączących (2; 102) ma odpowiednio pierwsze (6; 106) i drugie (7; 107) gniazdo zaworowe, przy czym zawieradło (8; 108) przylega jednocześnie do obu gniazd zaworowych (6, 7; 106, 107), a obszary (16, 17; 116, 117) sąsiadujące z pierwszym (6; 106) i drugim (7; 107) gniazdem zaworowym, po drugiej stronie wąskiego kanałowego przekroju poprzecznego (F) połączone są z drugą komorą łączącą (3; 103).

2. Zawór podnośny według zastrz. 1, znamienny tym, że wąski kanałowy przekrój poprzeczny (F)ma kształt pierścieniowy, a jego krawędzie definiują zewnętrzne (6; 106) oraz wewnętrzne (7; 107) pierścieniowe gniazda zaworowe.

3. Zawór podnośny według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wąski kanałowy przekrój poprzeczny (F) jest utworzony poprzez rowek (5; 105).

4. Zawór podnośny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że na zawieradle (8; 108) znajduje się uszczelka (13; 113) wspólna dla obu gniazd zaworowych (6,7; 106, 107).

5. Zawór podnośny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że do pierwszego (6; 106) i/lub do drugiego (7; 107) gniazda zaworowego przylega kołnierz uszczelniający (14, 114; 15, 115).

6. Zawór podnośny według zastrz. 2 albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że zawieradło (8; 108) ma pierścieniową uszczelkę (13; 113) z zewnętrznym (14; 114) i wewnętrznym (15; 115) kołnierzem uszczelniającym, wystającymi promieniście odpowiednio na zewnątrz i do wewnątrz, przy czym kołnierze te przylegają odpowiednio do zewnętrznego (6; 106) i wewnętrznego (7; 107) gniazda zaworowego.

7. Zawór podnośny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, że czołowe końce zewnętrznego (6; 106) i wewnętrznego (7; 107) gniazda zaworowego są zaokrąglone.

8. Zawór podnośny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, że zewnętrzne (106) i wewnętrzne (107) gniazdo zaworowe są stopniowane, a kołnierze uszczelniające (114; 115) przylegają do pierwszego stopnia (120; 121), przy małym obciążeniu zamykającym zawór bądź przy większym obciążeniu uszczelka (113) w obszarze docisku kołnierzy uszczelniających przylega do drugiego stopnia (122; 123).

9. Zawór podnośny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że wysokości dwóch gniazd zaworowych (106; 107) są przesunięte, a zawieradło (8;. 108) przylega wyłącznie do jednego gniazda zaworowego (107), bądź łącznie do obu gniazd zaworowych (106; 107).

10. Zawór podnośny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4,albo 5, albo 6, albo 7,albo8,albo 9, znamienny tvm, że zawieradło (108) jest obciążone pierwszą sprężyną zamykającą (124) działającą w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu cieczy oraz tym, że posiada urządzenie do pomiaru podniesienia zawieradła (108) dla pomiaru przepływu.

11. Zawór podnośny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4,albo 5, albo 6, albo 7,albo8,albo 9, albo 10, znamienny tym, że zawieradło (108) jest obciążone drugą sprężyną zamykającą (125) opartą na przesuwnym przeciwkołnierzu (126) połączonym z urządzeniem regulującym (128), a druga sprężyna zamykająca (125) może znajdować się w pozycji nieaktywnej, bądź obciążonej.

12. Zawór podnośny według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4,albo 5, albo 6, albo 7,albo8,albo 9, albo 10, albo 11, znamienny tym, że na zawieradle (108) znajduje się wirnik pomiarowy (130), umieszczony na dodatkowej ścieżce przepływu omijającej rowek pierścieniowy (105), z którym połączone jest urządzenie do pomiaru prędkości wirnika pomiarowego.

13. Zawór podnośny według zastrz. 10 albo 12, znamienny tym, że posiada urządzenie pomiaru impulsów (133) generowanych przez znaczniki (134) wirnika pomiarowego (130).