HU229976B1 - Dugattyúszerkezet és ezzel kialakított folyadékadagoló szelep - Google Patents

Description

73.296/KOT

Dugattyúszerkezet és ezzel kialakított folyadékadagoló szelep

A jelen találmány tárgya dugattyúszerkezet folyadékot tartalmazó dugattyú hengerben való kétirányú tengelyirányú mozgáshoz, amely dugattyúszerkezetnek egy első kamra felé néző első oldala és egy második kamra felé néző második oldala van, a dugattyú első vagy a második Oldalához dugattyúszár van erősítve, továbbá egy a dugattyú külső részén kialakított horonyban a dugattyú henger Falához tömitö, rugalmas anyagú, adott keresztmetszeti átmérőjű O-gyürü van, a dugattyú külső részén kialakított horony tengely irányú szélessége, és legalább egyes helyeken a radiális mélysége nagyobb, mint az 0-gy.örö keresztmetszeti átmérője, az O~győrű. a horonyban az első és második oldali nyomáskülönbség hatására egy első oldal felé néző szélső, első helyzet és egy második oldal felé néző szélső második helyzet között elmozduló módon van elhelyezve. A találmány továbbá folyadékadagolő szelep túlnyomásos foíyadékforrásről adott ideig történő, vagy adott mennyiségű, folyadék átfolyás biztosítására.

Gyakran felmerül annak igénye, hogy 'folyadék rendszerekben, például vízvezeték rendszerekben, adott mennyiségű, vagy adott Ideig történő foiyadékadagolást végezzünk, ismeretesek- olyan szelepek, például a „Shell-szelepek, amelyek hasonló feladatot oldanak meg, például WC-Öblítő szelepek esetében. £zen alkalmazás egy membránt és egy igen kis keresztmetszetű (kb. 50 pm) és relatíve nagy hosszúságú szűk csatornát tartalmaz, amely a -víz nyomását korlátozza-és-egy segédáramot képezve sgy adott térfogat feitőítése után zárja el a felyadékáram útját. A vékony járaton keresztül minden egyes használatkor a folyadék azonos irányban áramlik keresztül, aminek köszönhetően a folyadékból estlegesen kerüld

- 2 szilárd szennyezés ei tudja tömhení a keskeny járatot. Ennek megszüntetéséhez a szelepet szét keii szerelni, de legalábbis nehézkes karbantartási művelettel egy vékony huzal tü segítségével lehet a csatornából a szennyezést eltávolítani.

Az US 4,057,074 számú szabadalmi leírás bemutat egy olyan szelep konstrukciót, amely két irányban mozgó aktív dugattyúval van ellátva. A leírás szerint a két oldal közötti nagy nyomáskülönbségek esetén Is működő megoldásban rugót alkalmaznak az egyik folyaőékterfoen. Ez az elem önmagában hibaforrás is .Sehet.

Az US 3,224,378 számú szabadalmi leírás egy olyan szelep konstrukciót mutat be, amely két irányban két helyzet között elmozduló tömitő gyűrűt tartalmaz a dugattyú hornyában A megoldás célja pumpálás es ennek érdekében - pl. a 8., 12., 14., 17. ábrákon látható módon - az egyik helyzetében teljesen, minél tökéletesebben zár a tömítés, mintegy belepréseiödve a dugattyú és a 'hengerfai közötti résbe. Ebből adódik, hogy a pumpálás hagyományos módon két ütemre tagolódik, amelyekben nincsen fordított irányú áramlás, így bármely szennyeződés könnyen eltömödést, Hibás működést okozhat.

Célunk egy egyszerű, megbízható, így karbantartást nem igénylő dugattyú iíietve ezzel egy adagoló szelep szerkezet kialakítása volt, amely egyetlen mechanizmus által is tág határok között működhet, amellyel ss foiyadékátfolyás stabilizálható, avagy Időben tetszés szerinti karakterisztika szerint változtatható. További cél volt az olcsó kivitelezhetőség és az alternáló áramlás· irány miatt kialakuló szerinyeződésállóság.

Felismertük azt, hogy:

- alkalmazhatunk olyan dugattyút, amelynek peremtartományába két különböző pozíciójú, és azok között elmozdulni képes rugalmas anyagú törhitőelem van, amely azonban mindkét pozíciójában lehetővé tesz bizonyos jói meghatározott mértékű átőmlést, a dugatytyún keresztül való áramlást, és ezzel a szerkezetileg beállított különböző eífektív áramlást keresztmetszetek révén különböző áramlási sebességeket valósíthatunk meg (itt áramlási sebességen az Időegység alatt átáramlő térfogat mennyiséget értjük):

- a két pozíció két különböző (ellentétes) áramlási iránynak feleltethető meg. amely például az esetleges szennyezés eltávolítását öntisztító módon megoldhatja.

- 3 ~

A célnak megfelelő, a bevezető szerinti dugattyúszerkszetnél az O-gyűrű első helyzetében a horony és a dugattyú első oldata között Al felületű, keresztmetszeti összegzett áfömlő nyílás van, míg az O-gyürü második helyzetében a horony és a dugattyú második oldala között A2 felületű keresztmetszeti összegzett átömlö nyílás van, és a horony és a dugattyú mérete úgy van kialakítva. hogy O-gyürű köztes helyzetében a dugattyú első és második oldala között a dugattyúhengeren belül AO felületű keresztmetszeti Összegzett átömlö nyílás van, ahol Al és ,A2 ellentétes áramlási iránynak felel meg,, és legalább az egyik nagyságrendileg kisebb Aö-nál.

Egy másik hasonló általános kivitelnél, ahol a folyadékátfolyás a nyomásingadozásátol függetlenül stabilizáiva van. a bevezető szerinti dugattyúszerkezetnéi a legfeljebb AJ felnek ess^ a m* o'p p ' á a temitook n, < a ko/otf o v * > eg\ ' több nyílás képezi, amely a második kamra eisö kamráénál nagyobb uralkodó nyomása hatására a rugalmasan deformálódó tőmitöeíemmel van a nyomáskülönbséggel arányos mértékben leszűkítve.

A bevezető szerint· folyadékadagoló szelep az előzőek szer inti dugattyúszerkezetet tartalmazza, ahol a dugattyűszárrai a folyadék nyltólrányú útjába iktatott segédszeiep van. vezérelve, a dugattyúszár egy meghajtó mechanizmussal van az első kamra Irányába mutatőan működtetve, a segédszeiep nyitott állapotában a második kamra van túlnyomásos Ιοί y a d é kf o r r á s s a I ös s ze kötve.

A találmányt a továbbiakban rajzok segítségévei ismertetjük, ahoi az

IA és 18. ábrák a találmány szerinti folyadéfeadagoló szelep elvi vázlata, két különböző mozgásirány mellett;

2A. és 28. ábrák á találmány szerinti folyadékadagoló szelep metszeti vázlata, két különböző mozgásirány mellett;

3A . 38 , és 3C. ábrák a találmány szerinti dugattyú O-gyűrúvel megvalósított tőm (főelemének· és hornyának vázlata keresztmetszetben, különböző helyzetekben és kivitelben;

4A. és 48. ábrák a találmány szerinti dugattyú henger két lehetséges programozott áramlást eredményező oidalfali horony kialakításának nézeti bemutatása;

.. 4 5Α. és 5B. ábrák a 2A. és 28.. ábrák szerinti folyadékad'agoló szelep metszeti vázlata, két különböző mozgásirány mellett, más. profilú tömitöelemmel;

6A. és SB. ábrák |a találmány szerinti dugattyú töm kőelemének nyomáskiegyenlítő átfolyás szabályozó funkcióját szemlélteti.

Az 1A„ IB., 2A. és ,2B. ábrákon vázolt dugattyúszerkezet egy körkereszt metszetű 2 dugattyúhengerben mozgó 1 dugattyúból, arra szerelt 4 szelepszárból és a 4 szetepszáron levő második 3 segeddugattyúból éli A folyadék folyásiránya nyitott 3 segéddugattyu eseten a nyli irányában történik. Az 1 dugattyú által határolt zárt térrész egy KI első kamrát alkot, mig a folyadék rendszerhez csatlakoztatott és a 3 segéddugattyú nyitott helyzetében az 1 dugattyú második oldalával érintkező fofyadéktér tekinthető egy Kz második kamrának, amely eltérő nyomású lehet a KI első kamrától. Az 1 dugattyú külső részén, annak peremén egy 6 horony van kialakítva, amely az 1A. és 18. ábrán vázlatosan, csak belső alakját.feltüntetve van kiemelve. Ebben egy tömitöeiem van, amely egy szokásos rugalmas anyagból készült körkeresztmetszetü 5 O-gyürű. ennek átmérője kisebb mint a 6 horony tengelyirányú szélessége és legalább egyes helyeken kisebb mint annak radiális mélysége. Mindez azt eredményezi, hogy az 1 dugattyú első és második oldalán, a KI első és K2 második kamrában uralkodó nyomások különbsége függvényében a tömítést ellátó 5 O-gyürű két .különböző meghatározott helyzetet vehet fel. Mindkét helyzetben van a dugattyúszerkezetnek bizonyos mértékű folyadékáteresztő képessége. Jelöljük az 5 O-gyürü első helyzetében a 8 horony és az 1 dugattyú első oldala ~ az 1.,2. ábrákon ba! felé eső oldala - közötti, a folyadékáteresztést meghatározó keresztmetszeti A1 felülettel az összegzett átömlő nyílás nagyságát, és keresztmetszeti A2 felülettel a 6 horony és az 1 dugattyú második oldala - az 12, ábrákon jobb felé eső oldala - közötti összegzett átfolyást. Ha a K2 második kamrában van nagyobb folyadéknyomás, akkor az 5 ö-gyűrű első helyzetében van az 1 dugattyú a 2A. ábrán látható M nyíl irányában mozog, és az Al felületnek megfelelő keresztmetszetű nyílás határozza-meg a folyadék atáramiást, vagyis az. első kamra feltöltődési sebességét és ezen keresztül azt az' időt, amíg a 4 szelepszáron levő 3 segéddugattyú a folyásirány nyíl mentén való szabad folyadékáramlást le nem zárja, A 4 szelepszár ellenkező irányú elmozdításával á nyomáskülönbségi'viszonyok megfordulnak a K1 első és a K2 második kamra között, ezáltal az 5 O-gyűrű 2B. ábra szerinti második pozíciójában A2- keresztmetszeti feiűieten tud a K1 első kamrában -levő folyadék a K2 második kamrának nevezett oldali, foiyadéktérbe átáramlani. Ekkor az IB. és 2B. ábrák jelöletlen szimbolikus nyilai az IA, és 1B. ábrákon láthatóvá; nagyobb vastagságukkal jelzik a nagyobb, gyorsabb foiyadékátjutást. A 4 szeiepszárnak a mozgatását végezhetjük kézzel, vagy bármilyen más ehhez csatlakoztatott mechanizmus által az adott alkalmazás igényének, megfelelően. Az 2. ábra szerinti megoldásban A2 lényegesen nagyobb mint Al, ezáltal biztosítható, hogy a beállított időzítés amennyiben a fólyadékátáramfás szabadon végbemehet, jóval meghaladja az adagolószelep elindításához, vagyis a 4 szeiepszár adott pontig, például ütközésig, való betolásához szükséges Időt,

Függetlenül attól, hogy a tómiiöelemként használatos 5 O-gyürü az 1 dugattyú 6 hornyában első vagy második helyzetében van, az t dugattyú tömítés nélküli mérete úgy van kialakítva, hogy közte és a 2 dugattyúhenger fala között, tehát lényegében az 1 dugattyú első és második oldala között, egy AO felületnek megfelelő keresztmetszeti összegzett átömlés legyen lehetséges, - belátható, hogy az 5 O~gyúrö első és második helyzetétől különböző köztes helyzetében is ez érvényesül, - és ez a keresztmetszeti AO felület legyen lényegesen nagyobb Ai-né-i és A2-nél de legalábbis azok közűi a kisebbiknél Esetünkben A2 nagyobb, mint Al és AO megközelítően lehet A2 nagyságrendjébe eső, hiszen ez nem növeli a kéz; (mechanikus), működtetéséhez, a szelepszerkezet aktiválásához szükséges időtartamot. Az összegzett átömiés azt jelenti, hogy nem feltétlenül egyetlen nyíláson, hanem több nyíláson, vagy pl. elosztva, de jól meghatározott mértékben csökkentett töm kéltség ű záráson át törtéA 3A-3C. ábrákon, kinagyítva látjuk a 2 dugattyúhenger falát, és -az i dugattyú peremének közelében azon részét, amelyben a δ horony van, és ezen 6 horonyban a tömítőeíemet, az δ O-gyüröt. Az átáramláshoz szükséges keresztmetszeti Al és- Az felület ezen előnyős kivitel esetében ügy kerülhet megvalósításra, hogy a δ horony falában barázdákat alakítottunk kr Ezen barázdák a négyszögletes keresztmetszeti profilú horony aljén és oldalsó részein egyaránt megtalálhatóak, A barázdák nagysága, (szélessége és mélysége) és. á bo... 6 .

rony falában alkotott sűrűsége· együttesen határozzák meg az .említett At és A2 keresztmetszeteket. A barázdákat kialakíthatjuk marási téehnolögiávai vagy akár kemény szerszámmal végzett bekarcoiássaf amely utóbbi egyszerű technológiát eredményez, figyelembe véve a horony belső felületének nehéz hozzáférhetőségét is. Az 5 O-gyűrű elmozdulása annak első és második helyzete között a folyadékkal, telt környezettel lényegében súrlódásmentesen 'történhet, amelyet, a méretbeli ráhagyások, is. elősegítenek, A 38. ábrán az Q-gyürű második helyzetében van, ilyenkor lezár, mivel feífeksztk a 6 .horony második oldal - itt a jobb oldal felé eső sík kiképzésű falán. Ebben az esetben A2~Ö. A 3C. ábra szerinti esetben Al nagyobb mint A2, de ez utóbbi Is nagyobb ő-nái.

A 2. ábrán, látható fő- és segéddugattyúvai ellátott folyadékadagoló szelep áramlási működése az áteresztő nyílások összegzett meretenek (Al. A2) megválasztáséval, valamint a 3 segéddug'attyű nyitási, pontjának beállításával lehet az adagoiőszelep működést karakterisztikájának időbeli beszabályozását megoldani. Könnyen belátható, hogy az 1 dugattyú tömitőelemének elmozdulása a 2 dugattyúhenger falán történő, időben adott sebességű haladást jelent. Ez tehetővé teszi, hogy az, adott (Al vagy A2) felületi áteresztő nyilasokat ne a tömítőelem és a 6 horony fala között, hanem a tömítőelem és a 2 dugattyúhenger fala között kialakítva, .az elmozdulás pillanatnyi helyzetének .megfelelő átőmiést,. ezáltal. változó 1 dugattyú -sebességet érhessünk el. Erre lehet szükség például a 3 segéddugattyú mozgatásához a zárás illetőleg a nyitás környékén, amikor jelentős fékező hatásra van- szükségünk, például az elzárásnál jelentkező „ütés’ minél tökéletesebb csillapítása végett Különösen jelentős lehet ez iparban -alkalmazott folyadékadagoló szelepek esetében, ahol az átfolyást mennyiségek jelentősen nagyobbak, és a rendszer mechanikai igénybevétele is nagyobb fenne a fékezés nélkül. Ez a megoldás, vagyis amikor az Al felület az 1 dugattyú helyzetétől függően változó, a 2 dugattyúhenger falában levő '7,8 horony révén lehet biztosítva, amint ez a 4. ábrán látható, A 4.A. ábra egy lineárisan csökkenő keresztmetszetet illusztrál a 7 horony révén, míg a- 4B. ábra egy vegyes, lineáris és lépcsősen - azonnal - változó- 8-horony segítségévei sajátos időbeli sebességkaraktensztikát valósit meg.

- 7 ·

Az 5A. és 58. ábrán vázlatosan láthatjuk az lö dugattyút egy 11 tömitőeiem két helyzetében a folyadék átáram.Sásának és a dugattyú M mozgásirányának feltüntetése mellett. Ezen példa azt mutatja, hogy a 11 tomitoelern nem feltétlenül csak O-gyűrű lehet, hanem más olyan keresztmetszetű gyűrűs tömítés, amely alkalmas arra, hogy a horony falán és .a dugatiyuhenger faián felfeküdve kellő tömítettséget biztosítson. Az átáramiást jelző nyilak a tengely vonalánál vannak'feltüntetve., ezzel összefüggésben kell hangsúlyozni, hogy a gyorsabb átáramiást lehetővé tevő, tehát a nagyobb A2 felület értékű állapotban a 10 .dugattyú második oldala és a horony közti átárámiást biztosító nyílás megvalósulhat a 10 dugattyú egyéb helyein, például annak testében kialakított furatokon keresztül is. amelyek a horony belső terét és a 10 dugattyú második oldalát kötik össze.

A találmány szellemében, közös gondolatra építve további lehetőséget találunk olyan dugáttyúszerkezet kialakítására, amelyben tömitőeiem azt a feladatot látja ei, hogy a már bemutatott módon kialakított Al felületű átáramló nyílást az első és második oldali nyomáskülönbség mértékének arányában rugalmas deformáció révén leszűkítse. Ennek működését láthatjuk a 3. ábrán, ahol a SA. ábra mutatja egy példaképpen} O-gyürüként megvalósított 21 tömitoeíem felfekvését, a 22 dugattyú hornyának első oldal felöli belső felületén kialakított 23 nyílás felett, Ez. az állapot akkor tapasztalható, amikor az első .és második oldalon felöli nyomások lényegében azonosak vagy kicsiny köztük a különbség. Nagynyomású folyadékrendszerek esetében előfordulhat azonban, hogy ez a különbség nagy. Ekkor a 23 nyíláson keresztül az áramlás gyorsabban történne, azonban ezt kompenzálja a 68. ábra szerinti rugalmas deformáció, ahol az Ö-gyűrű egy része behajlík és ezáltal leszűkíts a 23 nyílás effektsv keresztmetszetét. Ezzel elérhető, hogy a 23 nyílás és a tömítöelem anyagának és méretének együttes megválasztásával egyenes arányosságot kapjon ez időegység alatt mérhető átáramlás egyenletessége érdekében keresztmetszet leszűkítése és az áramlási sebesség reciproka között. Ez az önszabályozó -mechanizmus alkalmazható olyan szelepeknél is, ahol a dugattyú nem végez kétirányú mozgást. Mindazonáltal az előzőekben ismertetett kétirányú mozgást végző fő: dugattyúval ellátott folyadékadagolő szelep esetén Is hasznos mellékhatást eredményezhet mindez

Az eddigiekben vázoit mechanizmusok alapvetően folyadékokra vonatkoznak. Megjegyzendő azonban, hogy a felfekvö felületek egy vagy több helyen való mikroméretű radiális megsértésével, barázdálásával, bordázásával vagy bekarcolásával kialakított alkatelemek az említett aszimmetrikus működést gázok esetében, például gázos lokésgátlék. csillapítók esetében is teljesíteni tudják.

A találmány szerinti megoldás nagy előnye, hogy például szelepként alkalmazva a kétirányú működés öntisztítást eredményez, amihez semmilyen bonyolult eszköz felhasználása sem szükséges. Az aszimmetria (Al « A2.) lényeges az aktiválás és a megkívánt idejű működés gyakorlatban jól alkalmazható aranyba állítása szempontjából Végül az ennek elérésére használt technika egyrészt Időben változó áteresztési karakterisztika megvalósítását, másrészt ezen karakterisztika egyenletesen, a forrás nyomásingadozásától függetlenül tartását Is lehetővé tesz;

Claims (4)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Dugahyoszerkezet folyadékot tertafrnozö dugattyűhengerban (2) való kétirányú· tengelyirányú mozgáshoz. emely dügehyüszerkezefnek sgy első kamra (Ki) felé néző első oldata és egy második kamra (K2) felé néző második oldala van, a dugstfyü (A első vagy a második oldalához szeiepszár (A) van erősítve, továbbá egy a dugattyú í A külső részén kialakított horonyban a dogattyóhongor (2) tatához iömito, rugalmas anyagú, adott keresztmetszet; átmérbsiö O-gyürü (5) van, a dugattyú (iy külső részén kialakított horony (6) tengely irányú szélessége, ós legalább egyes helyokon a radiális mélysége nagyobb, mint az Ogyürú fuj keresztmetszeti átmérnie, az G-gyürü (5) a horonyban (e) ez első és második óidéit nyomáskülönbség hatására egy oisö oldal tóié néző szélső első helyzet és egy második oldal felé néző szélső második helyzet között elmozduló módon van elhelyezve, azzal jellemezve, hogy ez O-gyürü (ö) első helyzetében a horony (6) és a dugattyú IA első oldala között Át feiuleto keresztmetszeti összegzett atomé nyílás van, míg ez O-gyürü (S) második helyzetében e horony tő) és a dugattyú (A második oldala között Az felületű keresztmetszeti összegzett etömlö nyílás vén, és a horony A) és a dugattyú (A mérete úgy van kialakítva, hegy ez O-gyürü iö) köztes helyzetében a ódgztiyu (1) első és második oldata között a dugattyúhengeren íz) belül AO felületű keresztmetszet! összegzett átömiö nyílás van, ahol az At és Az felöleld keresztmetszet· összegzett átérnie nyílások ellentétes áramlási Irányoknak felelnek meg, és legalább az egyik nagyságrendileg kisebb AÖ-nál,
2. 2 Az 1. igénypont szerint! degattyuszemezet. ezzel jellemezve, hogy ez Al és Az felületű keresztmetszeti összegzett etömlö nyílások különböző nagyságúak.

   Az 1. vagy 2, igénypont szerinti duoattyűszsrkezet, ezzel jellemezve, hogy az átömiö nyílás a horonyban (é), az O-gyürű tő) (elfekvő felületének egy vágy több helyen velő radiális megsértésével, barázdáiáséve!, áerdezésévei vagy bekárooiásávai ven ksaiekltya.

   - το
3. 4. Az 1. vagy z. igénypont szerinti dogattyúszerkezet. azzal jofiemezve, hogy sz atomié nyitás ménének az O-gyülrú foi telfekvö felöleténak egy vagy több helyen veié radiális megsértésével. barázdélásával vagy bekaroelásával van kialakítva.

   o. Folyadék ad sodó szelep túlnyomásos folyadekforrásrbl adott ideig történő vagy adott mennyiségű folyadék átfolyás biztosítására, azzal jeheruezva, hogy ez 1. igénypont szerinti dogaltyúszerkezetel tartalmazza, adói a szelepszárrai fo) a folyadék nyltőlrányú útjába iktatott segédszefop fo) van vezérelve, a szelepszár (4) egy meghajtó mechanizmussal van az első kamra (Kf) irányába mofotoan működtetve, a segédszelop fo) nyitott állapotában a második kanna fofo) van túlnyomásos foivadékforrással összekötve.

   6. Az S. igénypont szerimi foilyadékadagaló szelep, azzal jeiiemezve, begy az Az felöletű keresztmetszeti összegzett atomié nyilas nagyságrendileg nagyabb, mint: AΊ íelölefo keresztmetszeti összegzett átömio nyitás.

   7. Az 5. vagy n. igényipont szerinti folyadékadagoié szelep, azzal jellemezve, begy a megható mecnanizmos adott hosszúságú útra korlátozott nyomógomb szerkezet.

   8. Az 5. vagy 6. Igénypont szerinti folyadékadagoié szelep, azzal jellemezve, hogy a meg hajtó mechanizmus több adott hosszúságú: útra kbrlátozott nyomógombbal átlátott szerkezet,
4. 5. A 7. vagy 8. igénypont szerintii folyabékadagolö szelep, azzal jellemezve hogy az adott hosszúságú útra vonatozás spirális pálya mentén elforgatható útkozö határoló mechanlzmossat szabályozható módon van megoldva.

   Tö. A ó. Igénypont szerinti folyadékadagoié szélen, azzal jellemezve, hogy legalább egy forgatással szanályozháté és egy fiz hosszúságé útra korlátozott nyomógombbal van ellátva.