HU218805B - Automatikus visszavezető szelep - Google Patents

Description

A találmány tárgya automatikus visszavezető szelep, szelepház bemenete és főkimenete között elrendezett főszelepelemmel, továbbá a szelepház bemenete és visszavezető kimenete közötti falban tömítetten megvezetett, a főszelepelemmel kinetikusán összekapcsolt visszavezető szelepelemmel, amely visszavezető szelepelemnek faléllel határolt aktív keresztmetszetű, résszerű, folyadékáteresztő nyílása van, továbbá visszavezető szelepelem az automatikus visszavezető szelephez, főként centrifugálszivattyú folyadékrendszerében történő alkalmazásra.

Centrifugálszivattyúk folyadékrendszerében gyakran alkalmaznak automatikus visszavezető szelepet a hidraulikus stabilitás fenntartása és a szivattyú túlhevülésének elkerülése érdekében, amely túlhevülés akkor áll elő, ha a szivattyú nem szállít a hűtéshez elegendő folyadékmennyiséget. A centrifugálszivattyú normál működési viszonyai között a szivattyú által szállított folyadékáram elnyeli és elvezeti a szivattyúban keletkező hőt, akkor azonban, amikor a vízkivételi igény kicsiny vagy nulla, a stagnáló folyadék kisebb tömege veszi fel az adott idő alatt a szivattyúban hővé alakuló energiát, így a folyadék hőmérséklete jelentősen megemelkedik. A szivattyúban stagnáló folyadék felhevülésével megnő a gőznyomás, ez a szivattyúban kavitációt okozhat, ami a szivattyú forgórészét és házát is károsíthatja.

A szivattyú szállítási teljesítményének lecsökkenését kiválthatja belső recirkuláció is, amely jelenség szakemberek előtt ismert, kis szállítási igény esetén fellépő hidraulikus működési anomáliák következménye. Ezek a kavitációt is okozó anomáliák a szivattyú belső geometriájának kis szállításnál optimumtól messze eltérő kialakítása következtében, általában ott jönnek létre, ahol a folyadék kilép a járókerékből a házban kialakított folyadékcsatomába.

Az automatikus visszavezető szelep a centrifugálszivattyú kimenőágában lehet elrendezve és feladata az, hogy a szivattyún át legalább egy előírt minimum folyadékáramot fenntartson, és ezzel a szivattyú hidraulikus és termikus egyensúlyát biztosítsa akkor is, ha a folyadékkivételi igény kicsi vagy nulla. Ezt úgy éri el, hogy a szivattyú minimálisan szükséges folyadékszállításának megfelelő folyadékáram fogyasztó által fel nem használt részét, egy mellékfolyadékkörben, visszavezeti a folyadékrendszer szivattyú előtti, kis nyomású részébe.

Egy általánosan alkalmazott automatikus visszavezető szelep van ismertetve az US 4,095,611 és US 4,941,502 szabadalmi leírásokban. Az ismert automatikus visszavezető szelepnek bemenete és főkimenete között elrendezett főszelepeleme, továbbá a bemenete és visszavezető kimenete között elrendezett, a főszelepelemmel kinetikusán összekapcsolt visszavezető szelepeleme van, amely visszavezető szelepelemnek résszerű folyadékáteresztő nyílása van. A visszavezető szelep bemenete a szivattyú kimenetére, főkimenete a fogyasztói vezetékre van csatlakoztatva, míg a visszavezető szelep a főszelepelem állásától függően vezérelt visszavezető szelepeleme által zárt, illetve nyitott viszszavezető kimenetére a szivattyú bemenő körébe, például szívótartályba, visszavezető cső van csatlakoztatva. E visszavezető csőben csak akkor van folyadékáram, amikor a fogyasztói folyadékigény kisebb, mint ami a szivattyúnak kedvező.

Az automatikus visszavezető szelep főszelepeleme érzékeli a szelep főkimenetén kilépő fogyasztói folyadékáram intenzitását, és kellően nagy folyadékáram esetén teljesen nyitva van, miközben a kinetikusán vele összekapcsolt visszavezető szelepelem zárva tartja a visszavezető kimenet csatornáját. Kis fogyasztás mellett viszont a főszelepelem részben vagy teljesen lezáródik, miközben a visszavezető szelepelem elmozdításával megnyitja a visszavezető csatornát. A főszelepelem teljesen zárt állapotában egy visszacsapó szelep feladatát is ellátja, megakadályozva a kikapcsolt szivattyún át visszafelé történő folyadékáramlást, és a szivattyú járókerekének visszaforgatását.

Az ilyen, ismert, automatikus visszavezető szelep működésében problémát okoz az, hogy a visszavezető szelepelemen kiegyensúlyozatlan hidraulikus erők ébrednek, amelyek a szelep mozgását bizonytalanná teszik, ami előnytelenül befolyásolja a folyadék visszavezetésének folyamatát és eredményét. A visszavezető szelepelem egy üreges szár falában kialakított, résszerű nyílásokkal van megvalósítva, amelynek hatásos keresztmetszete a nyitás és zárás közben változik, aminek következtében a nyílás alsó és felső élére ható hidraulikus erők - különösen a nyitott, illetve zárt véghelyzet környezetében - jelentősen és aszimmetrikusan változnak. Ennek az a következménye, hogy kiegyenlítetlen erők hatnak a szárra, amelyek a szár és ezzel a visszavezető szelepelem mozgását instabillá teszik.

A találmány szerinti célkitűzés, a fenti hiányosságok kiküszöbölésével, egy javított működésű automatikus visszavezető szelep és folyamatosabb mozgású visszavezető szelepelem kialakítása, amely szelepben, illetve szelepelemben a működés során, a visszavezető szelepelemen fellépő hidraulikus erők kiegyenlítik egymást, és így a szelepelem működését hátrányosan nem befolyásolják.

A feladat találmány szerinti megoldásában, amely automatikus visszavezető szelep, szelepház bemenete és főkimenete között elrendezett főszelepelemmel, továbbá a szelepház bemenete és visszavezető kimenete közötti falban tömítetten megvezetett, a főszelepelemmel kinetikusán összekapcsolt visszavezető szelepelemmel, a visszavezető szelepelemnek a bemenetet a visszavezető kimenettel összekötő első folyadékáteresztő csatornát képező nyílása és a bemenetet a visszavezető kimenettel összekötő második folyadékáteresztő csatornát alkotó nyílása van, nyomáskiegyenlítő, egymással szemben fekvő, egyforma felületű nyílásszélekkel kialakítva.

Előnyösen a visszavezető szelepelem a főszelepelem szárából, a szárban kialakított első és második üreges szárkamrából, a szárkamrán át folyadékot a bemenet és visszavezető kimenet között átvezető, első és második résszerű nyílásokból áll, ahol az első résszerű nyílás az első szárkamrán folyadékot a szárkamrába bevezetőén, a második résszerű nyílás a második szárkamrán folyadékot a szárkamrából kivezetően van kialakítva.

HU 218 805 Β

Célszerűen a visszavezető szelepelemben két, üreges szárkamra van kialakítva, ahol az első résszerű nyílás vagy nyílások az első szárkamrán, a bemenettel közös térbe, a második résszerű nyílás vagy nyílások a második szárkamrán, a visszavezető kimenettel közös térbe nyílóan van kialakítva.

Előnyösen a főszelepelem környezetében, átfolyó csatorna keresztmetszetét meghatározó betét van elrendezve.

Célszerűen a visszavezető kimenet csatornájában szűkítő van elrendezve.

Az alábbiakban kiviteli példára vonatkozó rajz alapján részletesen ismertetjük a találmány lényegét. A rajzon az

1. ábra automatikus visszavezető szelep hosszmetszete, a

2. ábra az 1. ábra szerinti szelep visszavezető szelepeleme elrendezése, hosszmetszetben.

Az 1. ábra szerinti automatikus visszavezető 10 szelep 14 betételemmel szerelt 12 szelepházának 16 bemeneté, 18 főkimenete és visszavezető 20 kimenete van. Üzemszerűen a 10 szelep 16 bemenete centrifugálszivattyú kimenetére, visszavezető 20 kimenete a centrifugálszivattyú szívó oldalára, például folyadéktartályba visszavezető csővezetékre, a 10 szelep 18 főkimenete pedig a fogyasztói csővezetékre van csatlakoztatva. Amikor a 18 főkimeneten kicsi a vízkivétel, a szivattyú üzemének termikus egyensúlyához szükséges visszaállítást a 10 szelep a visszavezető csatorna szabályozott megnyitásával biztosítja. A be- és kimenetek karimás csatlakozókként vannak a rajzon feltüntetve, de a csatlakoztatás más alkalmas módon is megoldható. A 14 betételem a 12 házban menettel, szegecseléssel vagy más arra alkalmas módon van rögzítve.

A 12 szelepház 16 bemenetét a 18 főkimenetével összekötő 22 főcsatorna egy az áramlás irányában 28 főszelepelem előtti, alsó 24 csatomarészre és egy a főszelepelem utáni, felső 26 csatomarészre tagozódik. Az alsó 24 csatorna és a visszavezető 20 kimenet közötti, visszavezető 30 csatornában automatikusan szabályozott működésű visszavezető 32 szelepelem van elrendezve, amely a visszavezető 30 csatornát megfelelő fogyasztói vízkivétel esetén zárva tartja.

A 18 főkimenet irányában átfolyó folyadékáram intenzitását a 28 főszelepelem érzékeli, amely 28 szelepelem 38 zárófelülete a folyadékáram intenzitásának függvényében emelkedik el a 40 szelepünkéről. A 28 szelepelem felemelkedése során magával viszi a viszszavezető 32 szelepelemet és ezzel szabályozott mértékben összenyitja a visszavezető 30 csatornát az alsó 24 csatomarésszel.

A 28 főszelepelem egy körtárcsa alakú 34 szeleptányér, amely az alsó 38 zárófelületével tömítetten illeszkedik egy 40 szelepülékre a főszelepelem zárt állapotában. A 40 szelepülék a 12 szelepházban van kialakítva, annak anyagából, vagy a szelepházba szerelt, cserélhető alkatrészként.

A 28 főszelepelemmel kinetikusán össze van kötve, és azzal együtt mozog a visszavezető 32 szelepelem, amely a példaként! kiviteli alakban a 34 szeleptányér hengeres 42 szárában van kialakítva. A 42 szár a 10 szelep 44 tengelyvonalában megvezetve van elrendezve az alsó 24 csatomarész magasságában. Az üreges 42 szárban, egymás fölött két kamra van kialakítva: egy alsó 46 szárkamra és egy felső 48 szárkamra, amelyeket egymástól 50 fal választ el, és amely kamrák egymástól távoli vége egy-egy menetes 51a, 51b dugóval van lezárva.

Az alsó 46 szárkamra az alsó 24 csatomarésszel tengelyirányú résszerű 52a nyílásokon át van kapcsolatban, míg a visszavezető 30 csatornával kerek 54a nyíláson át van összekötve. A felső 48 szárkamra viszont a 24 csatomarésszel kerek 54b nyíláson át, míg a visszavezető 30 csatornával hosszirányú résszerű 52b nyílásokon át van kapcsolatban.

A hengeres 42 szár a visszavezető 30 csatornát az alsó 24 csatomarésztől elhatároló 57 vezetőtestben rögzített, alsó és felső 56a, 56b csapágyhüvelyben van megvezetve, a 44 tengelyvonal menti mozgást megengedően. A hengeres 42 szárat a két 56a, 56b csapágyhüvely közötti részén az 57 vezetőtest 30 csatornával összenyitott 58 ürege veszi körül.

A visszavezető 32 szelepelemet mozgató 28 főszelepelem egyik (zárt) szélső állásában felül a 40 szelepüléken, másik (nyitott) szélső állásában a felső 36 felületével felütközik a 14 betételem koncentrikus 62 betétmagjának 60 homlokfelületén. A 34 szeleptányér és a 62 betétmag között 64 rugó van elrendezve, amely a 34 szeleptányért a 40 szelepülék felé, záróirányban nyomja.

Az automatikus visszavezető 10 szelep jelleggörbéje állítható egy, a felső 26 csatomarész falán feltámaszkodó, lemezgyűrű alakú 65 betét behelyezésével, amely a 34 szeleptányér kerülete menti csatomarész keresztmetszetét megfelelő módon leszűkíti. Az így kialakított csatorna-keresztmetszettől, illetve annak hosszirányú változásától függ a 34 szeleptányér intenzitás-út jelleggörbéje. A 65 betét cseréjével a 10 szelep különböző szállítási követelményekhez adaptálható. A szabályozási jelleggörbe a folyadéknyomáshoz, illetve a szállítási igényhez illeszthető továbbá a visszavezető 30 csatornában alkalmazott 67 szűkítővei is, amit célszerűen a 20 kimenet karimájának nyílásában kialakított fészekben helyezünk el.

Az alábbiakban részletesen ismertetjük a találmány szerinti automatikus visszavezető 10 szelep és visszavezető 32 szelepelemének működését.

Az 1. ábrán az automatikus visszavezető szelep abban az állapotában van feltüntetve, amelyben nincs fogyasztói folyadékelvétel a 18 főkimeneten. Ebben az állapotban a 28 főszelepelem a 64 rugó hatására a 40 szelepüléken felül, és elzárja a fő 22 csatornát a felső 26 csatomarész irányában, miközben az alsó és felső 24 és 26 csatomarészben egyforma nyomás uralkodik. A 28 szelepelemmel együtt a visszavezető 32 szelepelem is alsó szélső, teljesen nyitott helyzetében van.

A visszavezető 32 szelepelem e teljesen nyitott állapotában a 42 szár mindkét üregén (csatornáján) át össze van nyitva az alsó 24 csatomarész a visszavezető 30 csatornával, folyadékáram aló bemenet és a visszavezető

HU 218 805 Β kimenet között alakul ki. A folyadék az alsó 46 szárkamrába a résszerű 52a nyílásokon jut be és a kerek 54a nyíláson át jut tovább a 46 szárkamrából a 30 csatornába. Ugyanakkor a folyadék a felső 48 szárkamrába akadálytalanul bejut a kerek 54b nyíláson át, és nyomásesés árán távozik a résszerű 52b nyílásokon át a 30 csatorna felé.

Ha a 18 főkimeneten át folyadékkivétel van, nyomáskülönbség keletkezik a fő 22 csatorna alsó és felső 24 és 26 csatomarésze között, ami a 34 szeleptányért emelő hidraulikus erőt hoz létre. Amikor ez az erő nagyobb, mint a 34 szeleptányért a 40 szelepülékre szorító rugóerő, akkor a 34 szeleptányér a 44 tengelyvonal irányában felemelkedik, és magával viszi a 42 szárából kialakított visszavezető 32 szelepelemet, általában egészen annak felső szélső állásáig, amelyben a 32 szelepelem elzárja a folyadék útját a visszavezető 30 csatorna felé. A 32 szelepelemnek ebben a (nem ábrázolt) állapotában az alsó és felső 46, 48 szárkamra résszerű 52a, 52b nyílásait az alsó és felső 56a, 56b csapágyhüvelyek lefedik, teljesen lezárva a nyílásokat.

A visszavezető 32 szelepelem teljesen nyitott és teljesen zárt közötti, közbenső állapotában az alsó és felső 46, 48 szárkamra résszerű 52a, 52b nyílásait az alsó és felső 56a, 56b csapágyhüvelyek részben lefedik, amint az a 2. ábrán ábrázolva van. A visszavezető 32 szelepelem közbenső állapotában az alsó és felső 46, 48 szárkamrák 52a, 52b nyílásainak szabad (56a, 56b csapágyhüvellyel nem fedett) hossza határozza meg a visszavezető 30 csatorna felé átömlő két folyadékáram intenzitását. Ekkor a résszerű 52a, 52b nyílások alsó és felső határolófalára nem egyforma hidraulikus erők hatnak, amely erőkülönbségek a találmány szerint kompenzálhatok, így stabilabb és egyenletesebb működés érhető el, mint az ismert megoldású automatikus visszavezető szelepekben.

Amikor a visszavezető 32 szelepelem részben nyitott állapotban van, az alsó 24 csatomarész nagy nyomása és a visszavezető 30 csatorna jóval kisebb nyomása között jelentős nyomáskülönbség jön létre. A nyomásesés mindkét szárkamránál a résszerű 52a, 52b nyílásokon áll elő. A 2. ábrán szaggatott vonallal jelöltük az 52a, 52b nyílások szabad részének felső oldali határát, amelyek megegyeznek az 56a, 56b csapágyhüvelyek alsó 66a, 66b élének magasságával. A résszerű 52a, 52b nyílások szabad részének hossza (amely a nyomásesést, illetve az átfolyó folyadékáram intenzitását megszabja) a 28 főszelepelem szelepüléktől mért magassági helyzete függvényében változó.

Az 1. ábrán feltüntetett helyzetben az 52a, 52b nyílások teljes magasságukban nyitva vannak, a hidraulikus erők az alsó 52a nyílások alsó és felső határolófalára: 68a, 70a nyílásszélére egyformán hatnak. A 68a, 70a nyílásszélek területe, amelyre a hidraulikus erők hatnak, a résszerű nyílások 74 résszélességének és 72 falvastagságának szorzatával adott. Az alsó 46 szárkamra 52a nyílásain kívül nagy nyomás, belül kisebb nyomás uralkodik, a résszerű 52a nyílások alsó és felső 68a, 70a nyílásszélére egyforma hidraulikus erő hat ellenkező értelemben, tehát az 52a nyílásra ható erők eredője teljesen nyitott nyílásnál nulla, ebből a visszavezető 32 szelepelemet elmozdítani akaró erőhatás nem származik.

Amikor a 32 szelepelem teljesen nyitott állapotban van, a felső 48 szárkamra résszerű 52b nyílásain is a fentiek szerintihez hasonló erőegyensúly alakul ki a nyílások alsó és felső 68b, 70b nyílásszélein.

A 32 szelepelem teljesen zárt állapotában más feltételek között, de ugyancsak erőegyensúly alakul ki, külön-külön mindkét 46, 48 szárkamra résszerű 52a, 52b nyílásain és természetesen együttesen is. Ez esetben az 52a, 52b nyílások az 56a, 56b csapágyhüvelyek által fedve és kívülről zárva vannak, így az alsó 46 szárkamra 52a nyílásának alsó és felső nyílásszélére egyaránt az alsó 46 szárkamrában uralkodó, a visszavezető 30 csatornáénak megfelelő kisebb nyomás, a felső 48 szárkamra 52b nyílásának alsó és felső nyílásszélére egyaránt a felső 48 szárkamrában uralkodó, az alsó 24 csatomarészének megfelelő nagyobb nyomás hat.

Amikor azonban a 32 szelepelem csak részben nyitott állapotban van, a résszerű nyílások alsó és felső nyílásszélére különböző hidraulikus erők hathatnak. Ebben - a 2. ábrán feltüntetett - közbenső állapotban a rések effektív magasságát alul a rés alsó 68a, 68b nyílásszéle, felül az 56a, 56b csapágyhüvelyek alsó 66a, 66b éle határolja, a nyomásesés a rés felső végén tehát most nem a rés falának felső nyílásszélén, hanem a csapágyhüvelyek alsó élénél következik be. Az alsó 46 szárkamra résszerű 52a nyílásai felső 70a nyílásszélére most a kamrában uralkodó, a visszavezető 30 csatornáénak megfelelő, kisebb nyomás hat, míg az 52a nyílások alsó 68a nyílásszélére jellemzően az alsó 24 csatomarészben uralkodó, nagyobb nyomás hat. A két hidraulikus erő eredője nem nulla, hanem egy a 32 szelepelem lefelé, nyitó irányba történő elmozdítása irányába ható erő. Ha ezt az eredő erőt nem kompenzálnánk, ez előnytelenül befolyásolná, megzavarná a 32 szelepelem szabályozott mozgását.

Az 52a nyílásokon keletkező eredő erőhatás a találmány szerinti, második résszerű 52b nyílásokon fellépő, ellenkező értelemben ható eredő erőhatással kompenzálható. A 2. ábra szerint a felső 48 szárkamra és a visszavezető 30 csatorna között elrendezett 52b nyílásait alul a nyílások alsó 68b nyílásszéle, felül a felső 56b csapágyhüvely alsó 66b éle határolja. Az 52b nyílás alsó 68b nyílásszélére tehát lényegében a visszavezető 30 csatornában uralkodó kisebb nyomás, az 52b nyílás felső 70b nyílásszélére lényegében az alsó 24 csatomarészben és a felső 48 szárkamrában uralkodó nagyobb nyomás hat, amely nyomáskülönbség a 32 szelepelem felfelé, záró irányba történő elmozdítása irányába ható erőt eredményez, amely erő nagysága minden helyzetben egyenlő lehet az alsó 52a nyílásokon fellépett erőével. Ezzel a lefelé és felfelé ható hidraulikus erők egymás hatását egy közös, merev testen belül kompenzálják, így a visszavezető 32 szelepelemet mozgató erők eredője gyakorlatilag nulla. Természetesen nem szükséges követelmény az, hogy az alsó és felső 46, 48 szárkamrán a résszerű nyílások azonos számban és elrendezésben legyenek kialakítva, csak az követelmény, hogy a rajtuk keletkező erőhatások eredői cso4

HU 218 805 Β portonként kiegyenlítsék egymást. Kiegyenlített erők esetén a visszavezető szelepelem mozgása sima, pontosan szabályozott lehet.

A találmány szerinti megoldás biztosítja a szárkamrák végfalaira, tehát a két kamrát elválasztó 50 fal 80, 82 falfelületére és az 51a, 51b dugók külső és belső 76, 78 dugófelületére ható erők kiegyensúlyozottságát is. Az alsó 51a dugó külső 76 dugófelületére ható, az alsó 24 csatomarész nyomásának megfelelő nagyobb nyomás és az alsó 51a dugó belső 78 dugófelületére ható, a kamra és a 30 csatorna nyomásának megfelelő, kisebb nyomás különbségéből származó, a 32 záró irányban mozgatni akaró eredő erőt ellensúlyozza egy az 50 fal két 80, 82 falfelületén ható hidraulikus erők különbsége, ami abból fakad, hogy a felső 48 szárkamrában a 24 csatomarész nyomásának megfelelő nagyobb nyomás, az alsó 46 szárkamrában a visszavezető 30 csatornáénak megfelelő kisebb nyomás uralkodik és hat a 80, illetve 82 falfelületre.

Claims (5)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Automatikus visszavezető szelep, szelepház (12) bemenete (16) és főkimenete (18) között elrendezett főszelepelemmel (28), továbbá a szelepház (12) bemenete (16) és visszavezető kimenete (20) közötti falban tömítetten megvezetett, a főszelepelemmel (28) kinetikusán összekapcsolt visszavezető szelepelemmel (32), azzal jellemezve, hogy a visszavezető szelepelemnek (32) a bemenetet (16) a visszavezető kimenettel összekötő (20) első folyadékáteresztő csatornát képező nyílása (52a) és a bemenetet (16) a visszavezető kimenettel (20) összekötő második folyadékáteresztő csatornát alkotó nyílása (52b) van, nyomáskiegyenlítő, egymással szemben fekvő, egyforma felületű nyílásszélekkel (68a, 70b) kialakítva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti automatikus visszavezető szelep, azzal jellemezve, hogy a visszavezető szelepelem (32) a főszelepelem (28) szárából (42), a szárban kialakított első és második üreges szárkamrából (46, 48), a szárkamrán át folyadékot a bemenet (16) és a visszavezető kimenet (20) között átvezető, első és második résszerű nyílásokból (52a, 52b) áll, ahol az első résszerű nyílás (52a) az első szárkamrán (46) folyadékot a szárkamrába (46) bevezetőén, a második résszerű nyílás (52b) a második szárkamrán (48) folyadékot a szárkamrából (48) kivezetően van kialakítva.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti automatikus visszavezető szelep, azzal jellemezve, hogy a visszavezető szelepelemben (32) két, üreges szárkamra (46,48) van kialakítva, ahol az első résszerű nyílás vagy nyílások (52a) az első szárkamrán (46), a bemenettel (16) közös térbe, a második résszerű nyílás vagy nyílások (52b) a második szárkamrán (48), a visszavezető kimenettel (20) közös térbe nyílóan van kialakítva.
4. 4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti automatikus viszszavezető szelep, azzal jellemezve, hogy a főszelepelem (28) környezetében átfolyó csatorna keresztmetszetét meghatározó betét (65) van elrendezve.
5. 5. A 2-4. igénypontok bármelyike szerinti automatikus visszavezető szelep, azzal jellemezve, hogy a visszavezető kimenet (20) csatornájában (30) szűkítő (67) van elrendezve.