CZ281229B6

CZ281229B6 - Regulační kuželka ventilu

Info

Publication number: CZ281229B6
Application number: CS911418A
Authority: CZ
Inventors: Bo Wessman
Original assignee: Tetra Laval Holdings & Finance S.A.
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1996-07-17
Also published as: LT3508B; CA2041613C; HU207149B; DE69105612T2; HUT57401A; EP0457132A1; CS141891A3; CA2041613A1; SE466114B; SK278764B6; AU7619391A; US5163476A; JPH0791562A; RU2048659C1; ES2064804T3; DE69105612D1; SE9001727D0; JP3078868B2; YU82791A; LV11220A

Abstract

Regulační kuželka (1) ventilu má v podstatě vál- cový tvar a je opatřena na své válcové obvodové ploše čtyřmi drážkami (2, 3) tvaru V, jejichž průřezová plocha narůstá podél podélné osy re- gulační kuželky (1). Dvě z nich jsou primárními drážkami (2), probíhajícími v celé aktivní délce regulační kuželky (1), a druhé dvě z drážek (2, 3) jsou sekundárními drážkami (3), probíhajícími v polovině aktivní délky regulační kuželky (1), ve které mají primární drážky (2) svou největší průřezovou plochu.ŕ

Description

Regulační kuželka ventilu

Oblast techniky

Vynález se týká regulační kuželky ventilu mající válcový tvar a opatřené na své obvodové ploše drážkami profilu V, jejichž průřez se plynule zvětšuje ve směru podélné osy kuželky směrem k její čelní vymezovací ploše.

Dosavadní stav techniky

Regulační kuželky ventilů s drážkami pravoúhelnikového nebo trojúhelníkového průřezu na své obvodové ploše jsou v podstatě známé a jsou popsány například v DE-PS 10 62 507 nebo v US-PS 4 703 776.

Při průtoku kapaliny potrubím je často nutno k dosažení požadovaných účinků zajistit exponenciální průtokovou charakteristiku. Průtoková charakteristika je definována jako vztah mezi průtokem kapaliny a délkou zdvihu ventilové kuželky.

Při regulaci průtoku kapaliny v potrubních systémech, které jsou na jednom svém konci napájeny kapalinou s například konstantním tlakem a na druhém konci kapalina vytéká z potrubního systému a které dopravují například kapalinu z tlakových nádob do otevřených nádrží s volnou hladinou kapaliny, je třeba počítat s tím, že celkový pokles tlaku v celém potrubním systému se rozděluje jednak na pokles tlaku v potrubí, způsobený průtokovými ztrátami, a jednak na pokles tlaku v regulační kuželce ventilu. Pokles tlaku v regulační kuželce je závislý na hodnotách průtoku kapaliny.

Při průtokové regulaci v potrubních systémech, ve kterých je pokles tlaku v oblasti regulační kuželky funkcí průtoku, musí být povrchová charakteristika strmější než průtoková charakteristika, protože povrchová charakteristika, odvozená z velikosti povrchové plochy kuželky, musí kompenzovat snížení tlaku podél povrchu kuželky zvýšením průtočného množství kapaliny. Povrchová charakteristika je definována jako vztah mezi regulační plochou a délkou zdvihu kuželky.

Známé regulační kuželky nejsou opatřeny požadovaným zvětšením povrchové plochy kuželky ani nejsou opatřeny drážkami profilu V, které by byly přizpůsobeny požadavkům na průtokovou charakteristiku požadovaného typu.

Úkolem vynálezu je vyřešit regulační kuželku, která by měla exponenciální průtokovou charakteristiku, jasně vymezenou pro rychlou a přesnou regulaci průtoku. Regulační kuželka podle vynálezu má mít dostatečnou délku svého zdvihu, aby se mohla dobře čistit, což je nutným předpokladem pro zajištěni sterility při použití například v potravinářském průmyslu. Regulační kuželka má šetrné působit na choulostivé dopravované látky, má být hygienická a snadno čistitelná. Nezanedbatelným požadavkem na konstrukci kuželky podle vynálezu je velká odolnost proti opotřebení.

Podstata vynálezu

Tyto úkoly jsou vyřešeny u regulační kuželky podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že kuželka je opatřena na své válcové obvodové ploše sudým počtem drážek profilu V, z nichž jedna polovina je tvořena primárními drážkami, probíhajícími podél celé aktivní délky regulační kuželky, a druhá polovina obsahuje sekundární drážky, probíhající podél části aktivní délky regulační kuželky.

Ve výhodném konkrétním provedení vynálezu je regulační kuželka opatřena čtyřmi drážkami a sekundární drážky probíhají podél té poloviny aktivní délky regulační kuželky, ve které mají primární drážky svou největší průřezovou plochu.

V dalším výhodném provedení vynálezu jsou primární drážky umístěny na protilehlých stranách regulační kuželky proti sobě a také sekundární drážky jsou umístěny proti sobě na protilehlých stranách válcového obvodu regulační kuželky. Dno primárních a sekundárních drážek je tvořen přímkou nebo křivkou. Sekundární drážky profilu V jsou vytvořeny v čelní omezovači ploše regulační kuželky, jsou uspořádány proti sobě a probíhají kolmo na podélnou osu regulační kuželky.

V ještě jiném výhodném provedení regulační kuželky podle vynálezu jsou sekundární drážky profilu V vytvořeny v čelní omezovači ploše regulační kuželky, jsou uspořádány proti sobě a probíhají kolmo na podélnou osu regulační kuželky. Regulační kuželka je podle ještě jiného výhodného provedení vynálezu v místě styku čelní omezovači plochy s vnější plochou její aktivní části a v místě, kde jsou průřezové plochy drážek největší, skosena.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení regulační kuželky, zobrazených na připojených výkresech, kde na obr. 1 je axonometrický pohled na první příkladné provedení regulační kuželky, na obr. 2 je axonometrický pohled na druhé příkladné provedení regulační kuželky, na obr. 3 je diagram znázorňující exponenciální průtokovou charakteristiku a na obr. 4 je boční pohled na regulační kuželku, na které jsou vyznačena různá funkční pásma.

Příklady provedení vynálezu

Na výkresech jsou zobrazeny jen ty detaily a části regulační kuželky, které jsou nezbytné pro objasnění řešení podle vynálezu.

Obé příkladná provedení regulační kuželky 1, zobrazená na obr. 1 a 2, obsahují v podstatě válcovou regulační kuželku 1, na jejíž válcové obvodové ploše jsou vytvořeny jednak dvě primární drážky 2 a jednak dvě sekundární drážky 2/ které mají proměnnou velikost příčného průřezu v každém místě své délky a mají trojúhelníkový nebo quasitrojúhelníkový průřez neboli průřez tvaru V. Dvě primární drážky 2 probíhají po celé délce regulační kuželky 1, zatímco druhé dvě sekundární drážky 2 probíhají jen v části délky regulační kuželky 1. V obou příkladných provedeních probíhají sekundární drážky 2 ^v délce rovné polovině délky regulační

-2CZ 281229 B6 kuželky 1 a v té její části, ve které mají primární drážky 2 větší šířku. Aktivní délkou regulační kuželky 1 se rozumí její válcový úsek, kterým regulační kuželka 1 reguluje průtok kapaliny mezi regulační kuželkou 1 a sedlem ventilu.

V alternativním a neznázornéném příkladném provedení může být regulační kuželka 1. ventilu opatřena jen dvěma drážkami 2, 3, tvořenými jednou primární drážkou 2 a jednou sekundární drážkou 3,. Takto vytvořená regulační kuželka je však méně výhodná a má oproti příkladnému provedení regulační kuželky 1 podle vynálezu některé nevýhody spočívající ve vzniku dynamických sil v potrubí při průtoku kapaliny regulační kuželkou 1.

Regulační kuželka 1 podle vynálezu může být také opatřena šesti drážkami 2, 3,tvořenými třemi primárními drážkami 2 a třemi sekundárními drážkami 3.. Takové řešení však musí být opatřeno užšími průtokovými kanálky v regulační kuželce 1, které jsou nevýhodné pro průchod některých druhů potravin, například ovocných šťáv a džusů, obsahující zbytky dužiny zpracovaného ovoce. Větší počet drážek 2, 3. na obvodu regulační kuželky 1 je tedy v některých případech nevýhodný z funkčního hlediska a navíc komplikuje a prodlužuje dobu výroby regulační kuželky 1.

V přikladu na obr. 1 jsou dvě sekundární drážky 3. samostatnými drážkami, zatímco v příkladu na obr. 2 je dvojice sekundárních drážek 3. vytvořena proti sobě a spojena do jediné čelní drážky, kolmé na podélnou osu regulační kuželky 1. V tomto druhém případě tvoří z funkčního hlediska čelní drážka dvojici sekundárních drážek 3., protože oblast, kterou může protékat kapalina směrem ke středu, je v průřezu stále trojúhelníková. Také z výrobního hlediska může být výhodné vytvořit sekundární drážky 3. ve formě jediné čelní drážky, probíhající kolmo na podélnou osu regulační kuželky 1, protože v takovém případě mohou být vytvořeny boční stěny 8 čelní drážky v konvexním tvaru.

Tyto čtyři drážky 2, 3. mají ve výhodném příkladném provedeni v průřezu tvar V a jejich dno je tak tvořenou hranou 4, 5, která může být přímá nebo zakřivená. V alternativním neznázornéném provedení regulační kuželky 1 mají dna sekundárních drážek 3. tvar přímé hrany 5, zatímco dna primárních drážek 2 jsou tvořena zakřivenou hranou 4,. Na jedné čelní vymezovací ploše 6 regulační kuželky 1, na které mají průřezy primárních drážek 2 a sekundárních drážek 3 největší velikost, je regulační kuželka 1 opatřena na svém obvodu skosenou hranou 7.

Primární drážky 2 a sekundární drážky £ jsou s výhodou uspořádány proti sobě na protilehlých obvodových plochách regulační kuželky 1, aby bylo zajištěno vyrovnáni dynamických sil, vyvozovaných prouděním kapaliny.

Charakteristika povrchové plochy regulační kuželky 1 podle vynálezu je zobrazena na obr. 3. Na vodorovné ose diagramu jsou vyznačeny délky S zdvihu v procentech celkového zdvihu a na svislé ose diagramu jsou vyneseny průřezové plochy regulační oblasti Q v procentech.

-3CZ 281229 B6

Pro umožnění správného konstrukčního návrhu tělesného vytvoření regulační kuželky 1 s účelnou délkou zdvihu a s tak strmou plošnou charakteristikou, jaká je potřebná pro dosažení exponenciální průtokové charakteristiky podle obr. 3, je třeba obvodovou plochu regulační kuželky 1 opatřit vyfrézovanými primárními drážkami 2 a sekundárními drážkami 2 profilu V, aby průřezová plocha všech drážek 2, 2 narůstala s druhou mocninou délky zdvihu regulační kuželky 1. Při konstrukčním návrhu regulační kuželky 1 je třeba dosáhnout takového uspořádání, že v první polovině zdvihu regulační kuželky 1 se otevírá vstup jen do primárních drážek 2, zatímco v druhé polovině zdvihu regulační kuželky 1 se otevírá přístup jak do primárních drážek 2, tak také do sekundárních drážek 2· Vhodnou kombinací vytvoření primárních drážek 2 a sekundárních drážek 2 profilu V je možno dosáhnout takové situace, že plošná charakteristika sestává v průběhu první poloviny zdvihu regulační kuželky 1 z téměř kvadratického vztahu a v průběhu druhé části délky zdvihu regulační kuželky 1 sestává z kombinace dvou téměř kvadratických vztahů, které dohromady tvoří exponenciální povrchovou charakteristiku.

U regulační kuželky 1 podle vynálezu dochází k poklesu tlaku jeho přeměnou na rychlost, která se zase převádí na teplo vznikající turbulencí v proudu kapaliny. Předpokladem těchto změn je skutečnost, že kapalina proudí podél regulační kuželky 1 od jejího konce, na kterém mají všechny drážky 2, 3 profilu V svou největší průřezovou plochu, ve sméru vyznačeném na obr. 4 směrem ke koncům drážek 2, 2 s nejmenší průřezovou plochou. Při proudění kapaliny v opačném sméru působí drážky 2,3. profilu V jako difuzorové jednotky a kinetická energie kapaliny je přeměňována ve větší nebo menši míře opět na tlakovou energii.

U tohoto řešeni podle vynálezu je možno dosáhnout jemného nastavení charakteristik povrchové plochy tak, aby se dosáhlo požadované průtokové charakteristiky vyfrézováním drážek 2, 2 přesně podle matematicky vypočtených tvarů křivek. Vypočtená křivka může být uplatněna u všech čtyřech drážkách 2, 3. profilu V nebo v alternativním provedeni jen v primárních drážkách 2. Matematické výpočty, které jsou použity pro zajištění konstrukčního provedení regulační kuželky 1, přizpůsobené přesné konkrétním podmínkám, mohou být potom při provozu využity pro řízení činnosti regulačního ventilu. V tomto případě, ve kterém je regulačního ventilu využito u plnicích strojů pro plnění obalů kapalným obsahem, například mlékem, džusem nebo podobné, ovládaných počítačovým programem, je možno výsledky matematického výpočtu zahrnout do zadaného programu a dosáhnout tak velmi přesné a rychlé regulace činnosti ventilu.

Jak je patrno z obr. 3 a 4, v průběhu první fáze 1 zdvihu regulační kuželky 1 jsou aktivní pouze vstupní části primárních drážek 2 v rozsahu zdvihu od 0 % do 50 %, které jsou průchodné pro dopravovanou látku. V průběhu druhé fáze II se začínají otevírat i vstupní části sekundárních drážek 2 ^a povrchová charakteristika nabývá na strmosti, jak je to patrno z křivky grafu na obr. 3.

Ve výhodném provedení je pro regulaci činnosti regulačního ventilu využito pouze 0 až 80 % délky zdvihu regulační kuželky 1; zbývajících 20 % ve třetí fázi III je využíváno pouze pro

-4CZ 281229 B6 proplachování regulačního ventilu. Při využití ventilu s regulační kuželkou 1 zejména v potravinářském průmyslu, kde jsou hygienické požadavky nejpřísnější, je řešení podle vynálezu zvláště výhodné, protože její konstrukční délka je menší než délka jejího zdvihu, takže při proplachování a čištění ventilu je možno vysunout celou regulační kuželku 1 z prostoru ventilu a jeho sedla, takže se v čisticí poloze nevyskytují žádné úzké prostory a štěrbiny mezi regulační kuželkou 1 a sedlem ventilu, které by se obtížně čistily, ale naopak je vytvořen široký průchod, kterým může protékat potřebný proud proplachovací tekutiny. Proudění čisticí tekutiny je dále usnadněno vytvořením skosených hran 7 na čele regulační kuželky 1. Čištění primárních drážek 2 a sekundárních drážek 2 je také velmi snadné.

Regulační kuželka 1 podle vynálezu se tak nejlépe uplatní v potravinářském průmyslu při dopravě tekutých potravin, obsahujících například celé kousky ovoce nebo jiných přísad, protože mezi sedlem regulačního ventilu a regulační kuželkou 1 nejsou žádné úzké štěrbiny, které by ohrozily průchod kousků ovocné dužiny. U dosud známých konstrukcí regulačních ventilů s kuželkami docházelo v úzkých průchozích štěrbinách k nepravidelnému a pulzujícímu průtoku kapaliny, protože kousky ovoce se snadno zachycovaly v úzkých mezerách, vytvořených v průchozích oblastech.

Choulostivější potraviny, například kyselé mléko, jogurty a podobné, jsou tak při použití regulační kuželky 1 podle vynálezu dopravovány regulačním ventilem šetrněji, protože kapalina není protlačována mezi ostrými hranami, uloženými blízko sebe, a působí na ni menší škrticí síly. Pro dopravu těchto choulostivých potravin nebylo dosud možno používat potrubních systémů s regulačními ventily a průtok kapaliny se reguloval jen výkonem čerpadla, aby bylo zachováno co nejšetrnéjší dopravování zpracovávané látky.

Praktické zkoušky také ukázaly, že u potrubních soustav s regulačními kuželkami 1 podle vynálezu dochází v podstatné menší míře ke vzniku bublinek v kapalině a pěnění dopravované látky. Regulační ventil s regulační kuželkou 1 podle vynálezu má také výhodu ve velmi tichém omezování průtoku, při kterém nevzniká téměř žádný hluk, z čehož je možno vyvozovat, že opotřebení regulační kuželky 1 bude menší než u známých provedení a že u tohoto regulačního ventilu s regulační kuželkou 1 podle vynálezu je výrazné omezen vznik kavitačních jevů a z toho plynoucí erose omezujících ploch ventilového sedla a regulační kuželky 1.

Jak je zřejmé z předchozího popisu, řešení podle vynálezu přináší řešení regulační kuželky 1, které může být využito pro přesnou a rychlou regulaci průtoku kapalin ventily a u které se nevyskytuj i nevýhody a nedostatky dosud známých řešení.

Claims

1. Regulační kuželka ventilu, mající válcový tvar a opatřená na své obvodové ploše drážkami profilu V, jejichž průřez se plynule zvětšuje ve směru podélné osy kuželky a směrem k její čelní vymezovací ploše, vyznačující se tím, že je opatřena sudým počtem drážek (2,3) profilu V, z nichž polovina jsou primární drážky (2), probíhající podél celé aktivní délky regulační kuželky (1), a druhá polovina jsou sekundární drážky (3), probíhající podél části aktivní délky regulační kuželky (1)·

2. Regulační kuželka podle nároku 1, vyznačující se tím, že sudý počet drážek (2, 3) obsahuje čtyři drážky (2, 3).

3. Regulační kuželka podle nároku 1, vyznačující se tím, že sekundární drážky (3) jsou vytvořeny v jedné polovině délky aktivní části (9) regulační kuželky (1), ve které mají primární drážky (2) svou největší průřezovou plochu.

4. Regulační kuželka podle nároku 1, vyznačující se tím, že obě primární drážky (2) a obě sekundární drážky (3) jsou uspořádány na vnější ploše aktivní části (9) regulační kuželky (1) proti sobě.

5. Regulační kuželka podle nároku 1, vyznačující se tím, že primární drážky (2) profilu V mají hranu (4) tvořící jejich dno upravenu jako křivku.

6. Regulační kuželka podle nároku 1, vyznačující se tím, že sekundární drážky (3) profilu V mají hranu (5) tvořící jejich dno upravenu jako křivku.

7. Regulační kuželka podle nároku 1, vyznačující se tím, že sekundární drážky (3) profilu V jsou vytvořeny v čelní vymezovací ploše (6) regulační kuželky (1), jsou uspořádány proti sobě a probíhají kolmo na podélnou osu regulační kuželky (1).

8. Regulační kuželka podle nároků laž 6, vyznačující se tím, žejev prstencovém místě styku čelní vymezovací plochy (6) s vnější válcovou plochou její aktivní části a současně v místě, kde jsou průřezové plochy drážek (2, 3) největší, skosena.