FI66692B - Stroemningkaenselorgan kaensligt foer vaetskestroemningar inomett omraode fraon oever i foervaeg bestaemt minimum till dunr i foervaeg bestaemt maximum - Google Patents

Description

------ M M4% KUULUTUSJULKAISU

W ^1) UTLÄCCNINGSSKIUPT 66 692

Patent cicduciut (51) KtiifimxJ G 01 F 1/34 // G 01 M 3/28, B 64 C 25/22 SUOMI—FINLAND pi) *********800191 (H) Hiliin'in *-------| ‘t 23.01.80 (23) AMnfM—GNdflMWrfac 23.01.80 (41) Ta«MHUmM—Mvltα·««*| 25.07.80

Ma» och mtetaritycahn ^ Aiwa taw «fc«d <5» «SXitia» 31.07.84 (32)(33)(31) W*r *»o*mn ittfrt yrlorlMC 24.01.79 USA(US) 6059 (71) Pali Corporation, 30 Sea Cliff Avenue, Glen Cove, New York 11542, USA(US) (72) Bernard F. Silverwater, Plainview, New York, USA(US) (74) Oy Kolster Ab (54) Virtausil maisin, joka reagoi ennalta määrätyn minimin yläpuolisella ja ennalta määrätyn maksimin alapuolisella alueella oleviin nestevir-tauksiin - Strömningkänselorgan kansiigt for vätskeströmningar inom ett omräde frSn över i förväg bestämt minimum till under i förväg bestämt maximum

Keksinnön kohteena on virtausilmaisin, joka reagoi ennalta määrätyn minimin yläpuolisella ja ennalta määrätyn maksimin alapuolisella alueella oleviin nestevirtauksiin indikoidakseen, että virtaus on tällä alueella ja että minimivirtaus on ylitetty, mutta ei reagoi ennalta määrätyn minimin alittaviin eikä ennalta määrätyn maksimin ylittäviin nestevirtauksiin välttääkseen väärän indikaation antamisen nestevirtauksesta.

Lentokoneiden hydraulisille järjestelmille asetetaan poikkeuksellisia vaatimuksia. Käytettyjen hydraulisten nesteiden täytyy sietää lämpötiloja 219 K asti aina 408 K saakka ja tilapäisesti vielä korkeammallekin ja niiden täytyy olla täysin juoksevia ja toimintakykyisiä näiden olosuhteiden alaisessa järjestelmässä.

66692

Osien kuluminen ja hankautuminen johtaa hyvin hienojen hiukkasten, tavallisesti halkaisijaltaan 0,05-1 mikronia, muodostumiseen. Vaikka nämä hyvin hienot hiukkaset ovat niin pieniä, etteivät ne yksinään aiheuta tukkeutumista, näillä hiukkasilla on kuitenkin taipumus sakkaantua alueille, joissa virtaustaso on varsin alhainen, ja taipumus kerääntyä pumpunmäntien, servoventtiilien, toimimoottorien, venttiilien ja muiden laitteiden pieniin (usein 5 mikronia tai vähemmän) välyksiin. Aikaan myöten vakavia tukkeumia voi muodostua myös tällaisista pienistä hiukkasista. Todellakin, nämä hyvin hienot hiukkaset ovat tavallisesti vastuussa pumpun vikaantumisesta kyseisissä järjestelmissä.

Nyttemmin onkin aivan yleisesti hyväksytty käsitys, että hydraulisen nesteen säilyttäminen puhtaana vaatii tehokasta suodattamista. Tarpeellinen luonnollinen seuraus tästä on, että täytyy kyetä määrittämään, että järjestelmän suodatin kykenee poistamaan hyvin hienot hiukkaset ja että sillä on riittävä läpäisy-kyky täyttääkseen järjestelmän virtausvaatimukset. Normaalissa lennossa saattaa hydraulisen nesteen virtaus määrältään 19-45 1/min tai vähemmän olla riittävä, mutta silloin kun laskutelineet toimivat tai muut laajat hydrauliset toimivat laitteistot toimivat saatetaan vaatia korkeampaa virtaustasoa, huomattavasti yli 45 1/min tietyissä olosuhteissa. Suodattimen läpäisykyky on luonnollisesti pinta-alan funktio, ja lentokoneen rajallisten tilavaatimusten johdosta on vasta vähän aikaa ollut mahdollista ottaa hydraulisissa järjestelmissä käyttöön nämä vaatimukset täyttävä kyllin rosoinen suodatinelementti, jolla on kyllin hienojen yksittäisten hiukkasten poistokyky ja kyllin suuri virtauksen läpäisykyky.

US-patenttijulkaisut numerot 3 262 563, 3 262 564 ja 3 262 565 sekä kanadalainen patenttijulkaisu n:o 742 051, esittävät suodatinlaitteita, jotka kykenevät poistamaan merkittävän osan hyvin hienoista hiukkasista, niinkin pienistä kuin 0,05 mikronia, yhtä hyvin kuin miltei kaikki yksittäiset hiukkaset halkaisijaltaan yli 0,45 mikronia, ja kaikki yksittäiset hiukkaset halkaisijaltaan yli 3 mikronia, ja ovat kykeneviä syöttämään niin korkean virtaustason kuin voidaan toivoa vaatimusten perusteella. Suodatettu virtaus saavutetaan kaikilla virtaustasoilla, mutta ennalta määrätyn maksimin ylittävillä virtaustasoilla, vain osa 3 66692 virtauksesta suodattuu varsinaisen suodatinelementin läpi, jolla on alhaisen mikronimäärän hiukkasten poistokyky ja kykenee poistamaan kaikki niinkin pienet kuin halkaisijaltaan 3 mikronin hiukkaset. Loppu johdetaan virtauksen ohjausventtiilin kautta toissijaiseen suodattimeen, jolla on normaali läpäisyky ja korkean mikronimäärän hiukkasten poistokyky ja joka kykenee poistamaan useimmat yksittäiset niinkin pienet kuin halkaisijaltaan 1,5 mikronia tai enemmän olevat hiukkaset ja kaikki yli 15 mikronia halkaisijaltaan olevat yksittäiset hiukkaset. Ensisijaisen elementin läpäisevä nimellisvirtaus on se maksimi määrä plus turvallisuusmarginaali, mikä vaaditaan sen järjestelmän normaaliksi toimintavirtaukseksi, johon elementti on asennettu. Vain silloin kun vaaditaan poikkeuksellista virtausmäärää, mainitun maksimin yläpuolella, ohjaa virtauksen ohjausventtiili virtauksen lisäosuuden toissijaiseen (karkearakeisten tai korkean mikronimäärän hiukkasten poistokyvyn omaavan) suodatinelementtiin. Koska tällaista poikkeuksellista virtausmäärää vaaditaan vain hyvin lyhyinä ajanjaksoina, vähemmän kuin 2-3 % kokonaislentoajasta, pitää keksinnön suodatinlaitteisto tehokkaasti hydraulisen nesteen olennaisen puhtaana yli 0,45 mikronin halkaisijan omaavista hiukkasista, koska kaikki sellaiset hiukkaset, jotka saattavat joutua nesteeseen poikkeuksellisen vir-tausmäärän aikoina poistetaan myöhemmin normaalivirtauksen puitteissa.

Lisäominaisuutena nämä suodatinlaitteistot aikaansaavat suodatetun virtauksen säilyttämisen toissijaisen tai karkearakeisen suodattimen avulla aina kun ensisijainen elementti on tukkeessa tai niin tukkeutunut, että läpivirtauksesta aiheutuu tämän elementin yli paine-ero, joka ylittää ennalta määrätyn minimin. Tässä tapauksessa käytetty virtauksen ohjausventtiili ohjaa toissijaisen suodatinelementin läpi virtausmäärän ylitse sen, minkä osittain tai kokonaan tukkeessa oleva ensisijainen elementti voi läpäistä.

Toissijainen suodatinelementti on varustettu valinnaisena ominaisuutena toisella ohitustiellä, niin että kun tämä elementti menee tukkeeseen tai tukkeutuu niin, että paine-ero sen yli kasvaa yli ennalta määrätyn minimin, niin koko suodattimeen tuleva virtaus ohittaa sekä ensi- että toissijaisen suodatinelementin. Normaalisti on runsaasti aikaa ensisijaisen elementin tukkeudut- 66692 tua suodatinelementin huoltamiseen ennenkuin toissijainen suodatin menee tukkeeseen. Siten toinen ohitustie tulee käyttöön vain luonteeltaan varsin epätavallisissa hätätilanteissa.

Tietyissä järjestelmissä, jotka eivät siedä mitään yli 15 mikronin saastetta, on parempi jättää pois toissijaisen elementin ohittava ohituskanava, missä tapauksessa toissijainen elementti on edullisesti varustettu sellaisella sisäisellä tuella, että se sietää koko järjestelmän paineen sen yli olevana paineena.

Jotta voitaisiin säätää nesteen ohjaaminen pois ensisijaisesta suodatinelementistä, virtaustasolla, joka ylittää ennalta määrätyn maksimin, samoinkuin nesteen ohjaaminen silloin, kun ensisijainen suodatinelementti tukkeutuu niin, että paine-ero sen yli saavuttaa ennalta määrätyn minimin, käytetään suutin tai suppilo-sola tyyppistä venttiiliä, joka on suunniteltu siten, että se toimii venttiilin läpäisevän nestevirtauksen nopeuden kasvun perusteella. Koska tämä nopeuden kasvu on verrannollinen nestemäärään ja siten nesteen paineeseen, joka kohdistuu venttiilin sisäänmeno-puoleen, on venttiili herkkä reagoimaan muutoksiin virtausmäärässä ja johdonmukaisesti muutoksiin virtausvaatimuksissa, jotka asetetaan keksinnön suodatinlaitteistolle. Tämä venttiili on sijoitettu virtausputkeen suodatinlaitteiston sisäänmenojohdon ja ensisijaisen suodatinelementin väliin. Edullisesti venttiili on sijoitettu sisäänmenojohdon alueelle.

Voidaan aikaansaada paineilmaisimia, jotka tarkkailevat ennalta määrättyä paine-eroa ensisijaisen suodatinelementin ja toissijaisen suodatinelementin yli siten, että lentäjä saa merkin siitä, että ensisijainen tai toissijainen suodatinelementti tai molemmat ovat menneet tukkeeseen ja vaativat huoltoa.

Paineilmaisimilla on kuitenkin se vika, että ne eivät voi erottaa toisistaan suodatinelementin tukkeutumisesta aiheutuvaa paine-eroa ja virtausohjaus venttiilin suuttimen tai suppilosolan läpi virtaavan korkeamman virtaustason aiheuttamaa paine-eroa.

Kun vaaditaan korkeampaa virtaustasoa seuraa äkkinäinen virtaus-aalto, joka voi johtaa virhetoimintaan paineilmaisimessa, joka on suunniteltu havaitsemaan epänormaali paineen pudotus järjestelmässä. Paineilmaisimet voivat siten antaa väärän havainnon suodattimen tukkeutumisesta tai muus.ta tarkkaillusta tilasta niinä ajanjaksoina, joina vaaditaan nopeaa virtausmuutosta.

5 66692 US-patenttijulkaisu n:o 3 335 863 esittää paine-eroilmai-simen, joka on vähemmän herkkä tai jopa reagoimaton virtausaaltoi-hin ja kuitenkin havaitsee kaikki staattisessa paineessa suodatin-elementin vastuksesta aiheutuvat muutokset tai kaikki muutokset minkätahansa kahden samaan tai eri järjestelmiin kuuluvan pisteen välillä. Muutettu tai säädetty vaste virtausaaltoihin saadaan yhdistämällä ilmaisin vastetta säätävän tai muuttavan laitteen kanssa, jotka on tarkoitettu erottamaan nopeuspaine ja staattinen paine, ja siten muuttamaan staattista painekomponenttia määrällä, joka on verrannollinen virtausaallon nopeuspainekomponentin muutokseen.

Yksi paineilmaisimesta lähtevä nesteputki on yhdistetty vasteen säätölaitteeseen haaroittamalla se suurimman staattisen painemuutok-sen vyöhykkeeseen siten, että se reagoi vain muuttuneeseen staattiseen painekomponenttiin. Sellainen vaste voidaan saavuttaa millä tahansa useista tekniikoista, joihin sisältyy vasteen säätölaitteiden suunnittelu ja vasteen säätölaitteen ja paineilmaisimen välisen nestepiirin suunnittelu. Vasteen säätölaitteeseen voidaan yhdistää venttiili eristämään paineilmaisin nestejärjestelmästä ja tekemään ilmaisin siten reagoimattomaksi virtausaaltoihin.

Em. US-patenttijulkaisun mukainen laite on kuitenkin tehokas vain pienellä virtausalueella, muutoin painehäviöt tulevat oleellisiksi. Se on tehokas, kun sitä käytetään mittaamaan hitaita paineen pudotuksia kuten suodatinelementin yli olevia ja tekemään tyhjäksi osittain tukkeutuneen suodatinelementin läpäisevien lyhytkestoisten korkeiden virtausmäärien vaikutukset. Tämä eliminoi ennenaikaisen elementin vaihdon.

Keksinnön mukainen virtausilmaisin on tunnettu yhdistelmästä, johon kuuluu: (i) vaippa, jossa on tuloaukko ja poistoaukko sekä niiden välissä oleva läpikulkukanava virtauksia varten, (ii) virtaukseen reagoiva venttiili, joka on sijoitettu nestekanavaan niin, että se säätää virtausta läpikulkukanavan läpi, ja joka käsittää: (a) venttiili-istukan, (b) venttiiliosan, joka on liikkuva venttiili-istukkaa kohti ja poispäin siitä ja jossa on vastakkaiset päätypinnat, jotka vastaanottavat vastaavasti venttiiliosan ylävirtapuolen ja alavirta-puolen nestepaineen.

6 66692 (c) esijännitysvälineen, joka esijännittää venttiiliosan normaalisti suljettuun asentoon venttiili-istukkaa vasten voimalla, joka vastustaa venttiilin pintaan kohdistuvan ylävirtapuolen neste-paineen pyrkimystä avata venttiili ennalta määrättyyn maksimiin asti, (d) virtausta säätävän aukon, joka on jatkuvasti auki venttiili-osan ohi tapahtuvalle virtaukselle vaipan tuloaukon ja poistoaukon välillä, ja (e) ainakin yhden nestevirtauskanavan venttiiliosan ohi tapahtuvaa virtausta varten, joka kanava on suljettu kun venttiiliosa painuu venttiili-istukkaa varten ja avoinna kun venttiiliosa on siiretty pois venttiili-istukalta, (iii) paine-eroilmaisin, jossa on (a) yhdessä toimivat magneettiset vaikutus- ja indikointielimet, jolloin vaikutuselin voi liikkua ensimmäisen asennon, jossa se pitää indikoivan elimen indikoimattomassa asennossa, ja toisen asennon välillä, jossa indikoiva elin voi siirtyä indikoivaan asentoon, jolloin vaikutuselimessä on vastakkaiset ensimmäinen ja toinen pai-nepäätypinta ja se voi liikkua kohti toista molemmista asennoista niiden välillä vallitsevaa paine-eroa vastaavasti, (b) ensimmäinen nestekanava, joka johtaa eteenpäin ylävirran puoleisen, vaippa-läpikulkukanavassa venttiiliosan edellä vallitsevan nestepaineen ensimmäiselle paine-päätypinnalle, (c) esijännityselimen, joka pitää vaikutuselimen ensimmäisessä asennossa indikointielimen pidättämiseksi indikoimattomassa asennossa tämän vaikutuselimen yli vallitsevien paine-erojen ennalta määrättyyn minimiin asti, ja siirtyy minimin ylittävillä paine-eroilla poispäin indikointielimestä ja vapauttaa tämän elimen antamaan signaalin minimi-paine-eron saavuttamisesta, (d) ensimmäiseen nestevirtauskanavaan sovitetut hidastusvälineet, jotka hidastavat nestepaineen siirtymistä näiden läpi, estääkseen vaikutuselimen toiminnan alkamisen, venttiiliosan avautuessa, virtauksen noustessa suljetussa venttiilissä sallitusta arvosta avatussa venttiilissä sallittuun arvoon, jolloin venttiiliosa alentaa paine-eron ensimmäisen ja toisen nestevirtauskanavan välillä ennalta määrätyn arvon alapuolelle, kun sitä liikutellaan venttiili-istukasta poispäin, ja siten estää paine-eroilmaisimen toiminnan 66692 alkamisen, venttiiliosan jäädessä avoimeen asentoon ja nestevir-taus jatkuvasti pysyy ennalta määrätyn maksimin yläpuolella, minkä mukaan paine-eroilmaisin vain reagoi, nestevirtauksen ollessa ennalta määrätyn maksimin alapuolella ja ennalta määrätyn minimin yläpuolella.

Ensijaisessa suoritusmuodossa virtaukseen reagoivan venttiilin venttiiliosa on lautasventtiili, joka on sovitettu venttiilin pohjaa vasten ja lautasventtiilissä on suutin, aukko tai kurkku, joka on suppilosolan muotoinen ja merkittävästi vähentää virtaukselle avoimen osan halkaisijaa, kuten sisäänmenokanavan halkaisijaa ja tämän halkaisijan pienentymisen seurauksena virtauksen nopeus venttiilin lautasosan suuttimen läpi kasvaa.

Kuitenkin on myös mahdollista aikaansaada suutin, suppilo-sola tai kapea kanava, joka ohittaa venttiiliosan kuten lautasvent-tiilin, venttiiliosan sivulla olevassa vaipassa ja sen kanssa yhdensuuntaisena ja yhdistää venttiiliosan molemmin puolin olevat ylä-ja alavirtapuolen nestevirtauskanavat toisiinsa. Tällainen virtaus-kanava voi aikaansaada tarvittavan paineenpudotuksen ja aiheuttaa venttiilin avautumisen virtauksen aiheuttamalla ennaltamäärätyllä paineenpudotuksella.

Kokonaispaine nesteessä säilyy vakiona, ja se on staattisen paineen ja nopeuspaineen summa. Siksi nopeuspaineen kasvu jossakin pisteessä johtaa staattisen paineen pienemiseen tässä pisteessä. Normaaleissa virtausolosuhteissa on olemassa vakaa tila, jossa venttiiliosan kuten lautasventtiilin, sisäänmenopuolella vaikuttavan korkean staattisen paineen aiheuttama voima on pienempi kuin venttiiliosaa paikallaan pitävä kokonaisvoima, ja venttiiliosa pysyy paikoillaan. Kuitenkin kun virtausmäärä ja siten sen taso kasvaa, suuttimen läpäisevän virtauksen nopeus kasvaa ja se johtaa suuttimen luona vaikuttavan staattisen paineen laskuun, mikä pienentää venttiiliosaa paikallaan pitävää sisääntulovirtausta vastustavaa voimaa. Venttiiliosa on suunniteltu toimimaan, kun suuttimen ylitse vaikuttavan staattisen paineen pieneneminen osuu ennalta määrätyn minimiarvon alapuolelle.

Venttiili on niin sovitettu, nesteputkeen, kuten sisäänmeno-kanavaan, että se normaaleissa virtausolosuhteissa sulkee putken kaikelta virtaukselta lukuunottamatta sitä virtausta, joka syntyy suuttimen tai suppilosolan vaikutuksesta ja ohittaa venttiiliosan. Lopputulos on, että kaiken virtauksen täytyy läpäistä venttiiliosan δ 66692 suutin tai suppilosola. Venttiilin etuosan tai sen sisäänmenopuo-len ja venttiilin toisen puolen välillä vaikuttavalla ennalta määrätyllä staattisen paineen paine-erolla, jonka minimiarvon määräävät järjestelmän virtausvaatimukset venttiili toimii siten, että sisäänmeno- ja ulostulojohtojen välinen kanava aukeaa täysin.

Avautumisen määrä voidaan suunnitella olemaan verrannollinen paine-eron suuruuteen ja siten ohivirtauksen määrä voidaan tehdä suoraan riippuvaikseksi virtaustasosta. Kun venttiili on auki virtaus jatkuu,mutta avautumisen jälkeinen virtaus suuttimen läpi riippuu venttiiliosan muotoilusta. Esimerkiksi, jos kuormitetun venttiiliosan suurempi alue on avautumisen jälkeen ylävirtapuolen paineen alainen venttiilin yli oleva paine-ero pienenee ja siten suuttimen läpi tapahtuu vähemmän virtausta. Joka tapauksessa, kaikissa venttiiliosan asennoissa virtausta syötetään nestekanavaan ja sen läpi.

Virtaukseen reagoivan venttiilin ensisijainen suoritusmuoto sisältää rakenteellisesti lautasventtiilin, joka on edestakaisin liikkuvasti sijoitettu kanavaan ja sovitettu puristusjou-sen avulla vasten venttiilinpohjaa sellaiseen asentoon, että se osittain sulkee virtauskanavan ja lautasventtiilin läpi kulkeva kuristettu virtauskanava, suuttimen tai tehottoman suppilosolan muodossa, yhdistää sisäänmenon ulostuloon kaikissa lautasventtiilin asennoissa. Paine jolla puristusjousi painaa lautasventtiiliä, voidaan sovittaa vaatimusten mukaisesti, ja suuttimen tai tehottoman suppilosolan mitoitus on sovitettu jousen puristavan voiman kanssa ja painekammiot ja nestepaineen alainen lautasventtiilin pinta-ala ovat mitoitetut siten, että saadaan aikaan venttiilin lautasventtiilin toiminta suuttimen yli vaikuttavalla staattisen paineen ennalta määrätyllä (virtauksen aiheuttamalla) paine-erolla.

Vaikka jousisovitusta pidetään ensisijaisena myös magneettista, sähköstaattista tai sähkömagneettista sovitusta voidaan käyttää. Magneettisen tai sähköstaattisen sovituksen ollessa kyseessä, kaksoismagneetteja voidaan käyttää lautasventtiilin edestakaisen liikkeen molemmissa ääriasennoissa, ja lautasventtiili itse voi olla magneettinen ja sovitettu siten, että lautasventtiiliä kiinni olevassa asennossa pitävä magneetti vetää sitä puoleensa ja että se hylkii lautasventtiiliä auki olevassa asennossa pitävää magneettia, ja molemmat magneetit ovat siten sijoitetut, 9 66692 että lautasventtiili molemmissa ääriasennoissaan on molempien magneettien kentässä. Siten lautasventtiilin palautuminen suljettuun asentoon varmistetaan virtauksen palattua normaaliksi. Käytettäessä sähkömagneettista sovitusta käämin kierrosmäärää voidaan muunnella aikaansaamaan vaadittavat sovitusvoimat.

Toisessa suoritusmuodossa, venttiilin lautasventtiili voidaan myös suunnitella toimimaan suuttimen sisäänmenopuolelle vaikuttavan nestepaineen avulla, kun suodattimen ylitse aiheutuva paineen pudotus saavuttaa ennalta määrätyn maksimiarvon. Tämä aikaansaadaan muotoilemalla venttiilin lautasventtiilin sisään-menon puoleinen pinta pinta-alaltaan suuremmaksi kuin se yhdistetty pinta-ala, joka on kammiossa lautasventtiilin ulosmenopuolen kanavan suuntaan. Siten aina, kun etupuolen nestepaine ylittää lautasventtiilin sulkeman kanavan paineen ennalta määrätyllä määrällä, lautasventtiili toimii aivan kuten ennalta määrätyn staattisen paine-ero lisäyksen tapauksessa.

Tässä suoritusmuodossa paine-eroilmaisimen paineliitännät sijoitetaan siten, että ne mittaavat vain virtauksen aiheuttaman paineen ja eivät reagoi paine-eroihin, jotka esim. likaantunut suodatinelementti aiheuttaa.

Siten, venttiili voidaan suunnitella toimimaan, ensisijaisessa suoritusmuodossa aine kun kanavan läpäisevä nestevirtaus ylittää ennalta määrätyn maksimiarvon, niin että lautasventtiilin ylitse vaikuttava kokonaispaine-ero sisäänmeno- ja ulostulo kanavien välillä ylittää ennalta määrätyn minimiarvon.Tällöin lautasventtiili toimii.

Alan hallitsevat henkilöt ovat tietoisia parametreista, jotka on otettava huomioon määritettäessä suuttimien tai suppilo-solakanavien halkaisijat. Tarkat lautasventtiilin pintojen ja kanavien mitat täytyy määrittää jokaiselle erilaiselle järjestelmälle mutta tämä on helposti saavutettavissa normaalilla suunnittelulla ja laskennalla.

Virtausventtiili voidaan työstää mistä tahansa kestävästä materiaalista, joka on neutraali järjestelmässä kiertävälle nesteelle. Metalliventtiilit kuten alumiinista, ruostumattomasta teräksestä ja muista ruostumattomista seoksista valmistetut ovat ensisijaisia, mutta on myös mahdollista valmistaa venttiili synteettisistä polymeereistä ja selluloosan johdannaisista kuten po- 66692 10 lytetrafluorietyleeni, polypropyleeni, polyetyleeni, polystyreeni, nyIoni, polyoksimetyleeni, akryylinitriili kumeista ja fluorihiili kumeista.

Keksinnön mukainen paine-eroilmaisin on yhdistetty virtaukseen reagoivaan venttiiliin siten, että se havaitsee venttiilin yli vaikuttavan nestepaine-eron silloin, kun venttiiliosa on suljetussa asennossa, mutta ei silloin kun venttiiliosa on avonaisessa asennossa.

Tätä tarkoitusta varten paine-eroilmaisimen korkeapaineliitin havaitsee nestepaineen venttiiliosan, kuten lautasventtiilin, ylä-virtapuolella, mikä paine on sama kuin suuttimessa vaikuttava koko-naispaine mitattuna alavirtapuolelta. Matalapaineliitin havaitsee paineen venttiiliosan pohjan alavirtapuolella, kun venttiili on suljettu. Kun venttiili raottuu, venttiiliosa juuri irtautuu pohjasta ja alavirtapuolen liitin havaitsee venttiilistä ylävirtaan vaikuttavan korkeamman kokonaispaineen (miinus vähäiset nopeuspai-nehäviöt). Paine-ero raottumisesta täyteen avautumiseen on pienempi kuin sulkeutumisesta indikoiva paine ja siten ilmaisin ei reagoi. Jotta estettäisiin virhetoiminta sinä aikana, joka vaaditaan vuo-tovirrasta toimintavirtaukseen, täytyy paine-eroilmaisimessa olla viivästysmekanismi.Tämä aikaansaadaan esimerkiksi kuvioiden 1 ja 2 esittämän laitteen kanavan 56 suuttimella 56a.

Paine-eroilmaisin sisältää, laajimmassa merkityksessään, vaipan, ensimmäisen vaipassa sijaitsevan nestekanavan, joka on yhdistetty venttiiliosan yläpuoliseen nestepaineeseen, toisen vaipassa sijaitsevan nestekanavan, joka on yhdistetty venttiiliosan alapuoliseen nestepaineeseen, indikoivan vaipassa sijaitsevan magneettisen osan, joka siirtyy indikoivaan asentoon ja siitä pois ja toiminnan aiheuttavan magneettisen osan, joka normaalisti säilyttää indikoivan osan indikoimattomassa asennossa, mutta reagoi herkästi kahden nestekanavan välisiin painemuutoksiin vapauttaen indikoivan osan liikkumaan indikoivaan asentoon.

Indikoivat ja toiminnan aikaansaavat elimet voivat olla mitä tahansa alalla tunnettuja ilmaisimia. Ensisijaiseksi harkittu muoto on magneettinen muoto, joka on esitetty US-patenttijulkaisussa 2 942 572. Tämä laite sisältää mäntälaitteen, joka on liikkuvasti sovitettu vaippaan, ensimmäisen magneettisen elimen, joka liikkuu mäntälaitteen kanssa kohti ensimmäistä asentoa ja pois U 66692 päin siitä, sovituselimen, joka painaa mäntälaitetta yhteen suuntaan ja normaalisti palauttaa ensimmäisen magneettisen elimen ensimmäiseen asentoon, nesteen johtolaitteet, jotka on yhdistetty paineenalaisen nesteen lähteeseen ja mäntälaitteen toiseen päähän painaakseen sitä vastakkaiseen suuntaan, toisen magneettisen elimen, joka liikkuu kohti ensimmäistä magneettista elintä ja poispäin siitä ja joka normaalisti pidetään kohti ensimmäistä magneettista elintä magneettisen vetovoiman avulla, kun ensimmäinen magneettinen elin on ensimmäisessä asennossa ja sovituselin painaa toista magneettista elintä valikoidusti poispäin ensimmäisestä magneettisesta elimestä voittaakseen magneettisen vetovoiman, kun ensimmäinen magneettinen elin on suuremman kuin ennalta määrätyn etäisyyden päässä toisesta magneettisesta elimestä.

Myös hyödyllisiä ovat kalvotyyppiset laitteet, jotka on kuvattu US-patenttijulkaisussa n:o 3 077 176. Nämä laitteet sisältävät taipuisan magneettisen kalvokokoonpanon, joka on liikkuvasti sovitettu vaippaan liikkumaan kohti ensimmäistä asentoa ja poispäin siitä, sovituselimen, joka painaa kaIvokokoonpanoa yhteen suuntaan ja normaalisti säilyttää sen ensimmäisessä asennossa, nesteen johtolaitteet, jotka ovat yhdistetyt paineenalaisen nesteen lähteeseen ja kalvokokoonpanon toiseen pintaan painamaan sitä vastakkaiseen suuntaan» magneettisen elimen, joka liikkuu kohti ja poispäin magneettisesta kalvokokoonpanosta ja jota normaalisti pidetään kohti kokoonpanoa magneettisen vetovoiman avulla, kun kokoonpano on ensimmäisessä asennossa, ja sovituselin painaa valinnaisesti magneettista elintä poispäin kokoonpanosta voittaakseen magneettisen elimen voiman, kun kokoonpano on suuremman kuin ennalta määrätyn etäisyyden päässä siitä.

US-patenttijulkaisu nso 3 140 690 esittää laitteen, jossa on ensimmäinen magneettinen elin, joka on järjestetty vetämään puoleensa toista magneettista elintä niin kauan kuin näiden kahden elimen välinen etäisyys on ennalta määrättyä etäisyyttä pienempi ja sovituselin ajaakseen toisen magneettisen elimen indikoivaan asentoon aina kun tämä etäisyys ylitetään. Toisen elimen pysyttäminen joko puoleensa vedetyssä tai indikoivassa asennossa tai molemmissa, varmistetaan kolmannella magneettisella elimellä, joka on järjestetty niin, että se vetää puoleensa toista magneettis- 12 66692 ta elintä niin kauan kuin se on ensimmäisessä asennossa ja/tai vetää puoleensa toista magneettista elintä niin kauan kuin se on indikoivassa asennossa. Myös tämän tyyppistä laitetta voidaan käyttää.

Kuvio 1 esittää ulkoapäin keksinnön mukaista virtausilmai-sinta, ja kuvio 2 on pitkittäispoikkileikkauskuvanto kuvion 1 virtaus-ilmaisimesta otettuna linjaa 2-2 pitkin ja katsottuna puolien suunnasta.

Kuvioiden 1 ja 2 esittämässä virtausilmaisimessa on vaippa 1, jossa on kahteen osaan jaettu nesteen virtauskanava 2; kapeampi osa sylinterimäisessä porauksessa 3 käsittää vaipan sisäänmeno-johdon 5 ja halkaisijaltaan suurempi osa sylinterimäisessä porauksessa 4 käsittää vaipan ulosmenojohdon 6.

Nestekanavan läpikulkevan virtausputken poikki on sovitettu ontto virtaukseen reagoiva ohikulku lautasventtiili 10, joka on jousisovitettu kuviossa 2 esitettyyn normaaliasentoon, jossa se painuu vasten venttiili-istukkaa 11 askelmaisen porausten 3 ja 4 välisen liitoksen kohdalla. Lautasventtiili 10 on putkimainen, jossa on kartiomaiset päätyseinät 12, ja sylinterimäiset sivuseinät 13, jotka sopivat tarkasti liukumaan porauksen 4 seiniä vasten niin että venttiili 10 voi liikkua porauksessa edestakaisesta kohti venttiili-istukkaa 11 ja poispäin siitä.

Kannatusrengas 15, jota pitää paikoillaan lukkorengas 16, joka on sovitettu porauksen 4 uraan 17, säilyttää paikoillaan pu-ristusjousen 18 toisen pään ja sen toinen pää on sovitettu lautas-venttiilin ympäryskehämäiseen syvennykseen 19. Siten jousi 18 painaa lautasventtiilin 10 venttiili-istukkaa 11 vasten.

Lautasventtiilin kartiomaiset päätyseinät 12 on varustettu useilla aukoilla, jotka sallivat nestevirtauksen kanavassa 2 porauksesta 3 poraukseen 4 kaikkina aikoina, niiden aukkojen kautta, jotka avautuvat lautasventtiilin asennon mukaan. Kuvion 2 esittämässä asennossa keskeisaukko 20 muodostaa kuristetun virtaussuut-timen läpikulkukanavan 2 poikki ja on avoin virtaukselle kaikkina aikoina ja se on mitoitettu sallimaan normaali virtaus kanavassa. Aukkojen 21 rivi on normaalisti alavirtaan päin venttiili-istukasta li eivätkä ne ole avoimet nesteen virtaukselle ennenkuin lautasventtiili on irtautunut istukastaan 11. Tämän mukaisesti aukot 13 66692 21 on mitoitettu sallimaan ohitusvirtaus kun lautasventtiili 10 on auki.

Esitetyssä rakennemallissa virtausta säätävän keskeisaukon 20 koko on valittu läpäisemään 45-8 1/min normaalivirtaus. Täydennettynä aukkojen 21 rivillä lautasventtiilin 10 ollessa avoinna lautasventtiili voi läpäistä täyden läpivirtauksen saavuttaen esim. virtausarvon 318 1/min kanavan 2 läpi 276 kPa paine-erolla lämpötilan ollessa 311-6 K ja käytettäessä MIL-H-5606 tai MIL-H-83282 nestettä.

Nestekanavaan nähden kohtisuoraan sijaitsee kolmas umpinainen poraus 40, johon on sijoitettu keksinnön mukainen virtausil-maisin 30. Virtausilmaisimessa eli paine-eroilmaisimessa 30 on vaippa 31, joka on sijoitettu toiminnan aikaansaava magneettinen elin tai mäntä 32 ja indikoiva magneettinen elin tai mäntä 33 ja joita erottaa seinä 34, eikä niiden välillä (porausten 40 ja 35 välillä)ole nesteyhteyttä.

Indikoiva elin 33 liikkuu edestakaisin vaipan 31 umpinaisessa porauksessa 35 kuvion 2 esittämän toimettoman tilan ja toimintaa ilmaisevan tilan välillä, jossa se ulkonee vaipasta suunnilleen 4,8 mm antaen siinä asennossa visuaalisen indikaation vir-tausilmaisimen toiminnasta.

Toiminnan aikaansaava elin 32 on edestakaisin liikkuvasti ripustettu vaipan 1 umpinaisessa porauksessa 40 olevaan sylinteri-mäiseen hylsyyn 36, jonka seinien kanssa sille on aikaansaatu vuo-totiivis liitos 0-renkaan 38 avulla. Puristusjousi 39, jonka toinen pää on sovitettu vasten umpinaisen porauksen 40 pohjaa 41 ja jonka toinen pää on sovitettu hylsyn ulkonevaan osaan 42, pyrkii pitämään toiminnan aikaansaavan elimen 32 ylemmän pään vasten seinää 34, kuten on esitetty kuviossa 2. Tässä asennossa toiminnan aikaansaava elin 32 magneettisesti vetää puoleensa indikoivaa elintä 33, ja säilyttää sen magneettisen vetovoiman avulla kuvion 2 esittämässä asennossa.

Indikoiva elin 33 on jousisovitettu kohti toiminnan ilmaisevaa asentoa puristusjousen 43 avulla, jonka toinen pää on sovitettu vasten indikoivan elimen 33 laippaa 44 ja toinen vasten indikaattorin . vaipan rengasmaista syvennystä 45. Kun toiminnan aikaansaava elin 32 on kuvion 2 esittämässä asennossa, magneettinen ve- 14 66692 tovoima toiminnan aikaansaavan elimen 32 ja indikoivan elimen 33 välillä on riittävä säilyttämään indikoivan elimen vasten seinää 34, mutta aina kun toiminnan aikaansaava elin siirtyy riittävän etäisyyden päähän seinästä ei magneettinen vetovoima enää kykene ylittämään jousen 43 sovitusvoimaa ja indikoiva elin 33 ponnahtaa indikoivaan asentoon.

Hylsy 36 jakaa indikaattorin vaipan ja umpinaisen porauksen 40 välisen kammion 47 kahteen osaan, joista ulompi osa 55, joka on kanavan 56 kautta nesteyhteydessä poraukseen 3, tuntee nestepaineen lautasventtiilin 10 sisäänmenopuolella kanavassa 2. Suutin 56a kanavassa 56 kuristaa nesteyhteyttä kanavasta 3 ulompaan osaan 55 aikaansaaden aikaviiveen paineen muutosten vasteisiin. Sisempi osa 57 on virtausyhteydessä kanavan 58 kautta poraukseen 4 tuntien nestepaineen lautasventtiilin alavirtapuolella kanavassa 2.

Normaalin nestevirtauksen aikana, joka tapahtuu lautasventtiilin 10 suuttimen 20 kautta, paine-eroilmaisin 30 ei ole toimintatilassa. Jos nestevirtaus kuitenkin kasvaa ja ylittää ennalta määrätyn minimin, tässä tapauksessa 45-8 1/min, porauksen 3 paineen nousu havaitaan kammion 47 ylemmässä osassa 55 kanavan 56 kautta. Suuttimen 20 aiheuttaman kuristuksen johdosta alavirtapuo-len paine porauksessa 4 on pienempi ylävirtapuolen painetta paine-erolla, joka kasvaa virtauksen kasvaessa. Virtauksella 45-8 1/min saavutetaan paine-ero, jolla toiminnan aikaansaava elin 32 siirtyy irti seinästä 34, toiminnan aikaansaava elin 32 irtautuu ja indikoiva elin 33 ponnahtaa jousen 43 avulla indikoivaan asentoon.

Kuitenkin paineilla ja/tai virtauksilla, jotka ylittävät 45-8 1/min, jolloin lautasventtiili 10 on auki aikaansaaden ohi-virtauksen, paine-eroilmaisin 30 ei ole toiminnassa. Tämä johtuu siitä, että kun lautasventtiili 10 on irti venttiili-istukasta 11 niin kanavat 56 ja 58 välittävät vastaavasti suunnilleen saman paineen kammioihin 55 ja 57, jolloin niiden välillä on riittämätön paine-ero ilmaisimen toiminnan aikaansaamiseksi.

Jos alavirtapuolen paine oletetaan nollaksi ja jousella on alhainen jousivakio ja A^=l/2 A2 missä A^=paine lautasventtiilin 10 pintaa A^ vasten (ennen avautumisen alkua). Ä2=paine koko lautasventtiilin 10 pintaa vasten (avautumisen alun jälkeen).

66692

Painevoima = jousen voima avautumisen alussa

Painevoima = A^ paine ylävirtapuolella ennen avautumisen alkua Painevoima F^ = 1/2 paine ylävirtapuolella avautumisen alun jälkeen.

Siten lautasventtiili raottuu ja sitten napsahtaa auki, jos ylävirtapuolen paine pysyy vakiona. Syynä tähän on, että ylä-virtapuolen paine heti avautumisen alun jälkeen vaikuttaa kaksi kertaa suurempaan pinta-alaan kuin ennen avautumisen alkua ja re-sultoiva voima on vastakkaissuuntainen ja kahdesti niin suuri kuin sovittava jousivoima ja aukaisee nopeasti venttiilin. Kun venttiili on täysin auki venttiili-istukan yli aiheutuva painehäviö on minimaalinen ja paine-eroilmaisimen tuntema paine-ero on riittämätön aikaansaadakseen sen toiminnan. Paine-eroilmaisimeen vaaditaan riittäväkestoinen aikaviiveen aikaansaava laite niin, että se ei tunne ohimeneviä virtausaaltoja silloin kun lautasventtiili on lähellä venttiili-istukkaa välittömästi avautumisen alun jälkeen.

Sen lisäksi, että indikoiva elin 33 antaa visuaalisen indikaation se voidaan myös sovittaa käyttämään sähköistä kytkintä.

Yksi järjestely tämän toteuttamiseksi on esitetty kuviossa 2. Tässä tapauksessa indikoivan elimen 33, joka on magneetti, kenttä sulkee releen 67 magneettiset koskettimet elimen ollessa indikoivassa asennossa ja vapauttaa (avaa) koskettimet elimen ollessa ei-indi-koivassa asennossa.

Virtausilmaisin eli paine-eroilmaisin 30 on varustettu sähköisellä lukituksella, jolloin sen toiminta voidaan haluttaessa, kuten lennon aikana, estää. Tämä lukitus muodostuu solenoidista 65, jossa on uppomäntä tai pidäke 66, joka silloin, kun solenoidin virta katkaistaan, siirtyy indikoivan elimen 33 tielle ja estää sen siirtymisen toiminta-asentoon, jossa se nousee vaipasta. Kun halutaan virtausilmaisien olevan toiminnassa, virta kytketään solenoidiin, jolloin se vetää takaisin uppomännän tai pidäkkeen 66 ja sallii indikoivan elimen 33 siirtyä toimintaa ilmaisevaan tai indikoivaan asentoon paine-eroilmaisimen 30 toimiessa.

Claims (10)

16 66692

1. Virtausilmaisin, joka reagoi ennalta määrätyn minimin yläpuolisella ja ennalta määrätyn maksimin alapuolisella alueella oleviin nestevirtauksiin indikoidakseen, että virtaus on tällä alueella ja että minimivirtaus on ylitetty, mutta ei reagoi ennalta määrätyn minimin alittaviin eikä ennalta määrätyn maksimin ylittäviin neste-virtauksiin välttääkseen väärän indikaation antamisen nestevirtauk-sesta, tunnettu yhdistelmästä, johon kuuluu: (i) vaippa, jossa on tuloaukko (5) ja poistoaukko (6) sekä niiden välissä oleva läpikulkukanava virtauksia varten, (ii) virtaukseen reagoiva venttiili (10) , joka on sijoitettu nestekanavaan niin, että se säätää virtausta läpikulkukanavan läpi, ja joka käsittää: (a) venttiili-istukan (11), (b) venttiiliosan, joka on liikkuva venttiili-istukkaa kohti ja poispäin siitä ja jossa on vastakkaiset päätypinnat, jotka vastaanottavat vastaavasti venttiiliosan ylävirtapuolen ja alavirtapuolen nestepaineen , (c) esijännitysvälineen (18) , joka esijännittää venttiiliosan normaalisti suljettuun asentoon venttiili-istukkaa vasten voimalla, joka vastustaa venttiilin pintaan kohdistuvan ylävirtapuolen nestepaineen pyrkimystä avata venttiili ennalta määrättyyn maksimiin asti, (d) virtausta säätävän aukon (20) , joka on jatkuvasti auki venttiiliosan ohi tapahtuvalle virtaukselle vaipan tuloaukon ja poistoaukon välillä, ja (e) ainakin yhden nestevirtauskanavan (21) venttiiliosan ohi tapahtuvaa virtausta varten, joka kanava on suljettu kun venttiiliosa painuu venttiili-istukkaa vasten ja avoinna kun venttiiliosa on siirretty pois venttiili-istukalta, (iii) ja paine-eroilmaisin (30) , jossa on: (a) yhdessä toimivat magneettiset vaikutus- (32) ja indikointielimet, jolloin vaikutuselin voi liikkua ensimmäisen asennon, jossa se pitää indikoivan elimen indikoimattomassa asennossa, ja toisen asennon välillä, jossa indikoiva elin voi siirtyä indikoivaan asentoon, jolloin vaikutuselimessä on vastakkaiset ensimmäinen ja toinen paine-päätypinta ja se voi liikkua kohti toista molemmista asennoista niiden välillä vallitsevaa paine-eroa vastaavasti, (b) ensimmäinen nestekanava (56), joka johtaa eteenpäin ylävirran puoleisen, vaippa-läpikulkukanavassa venttiiliosan edellä vallitsevan 17 66692 nestepaineen ensimmäiselle paine-päätypinnalle, (c) esijännityselin (39), joka pitää vaikutuselimen ensimmäisessä asennossa indikointielimen pidättämiseksi indikoimattomassa asennossa tämän vaikutuselimen yli vallitsevien paine-erojen ennalta määrättyyn minimiin asti, ja siirtyy minimin ylittävillä paine-eroilla poispäin indikointielimestä ja vapauttaa tämän elimen antamaan signaalin minimi-paine-eron saavuttamisesta, (d) ensimmäiseen nestevirtauskanavaan sovitetut hidastusvälineet (56a), jotka hidastavat nestepaineen siirtymistä näiden läpi, estääkseen vaikutuselimen toiminnan alkamisen, venttiiliosan avautuessa, virtauksen noustessa suljetussa venttiilissä sallitusta arvosta avatussa venttiilissä sallittuun arvoon, jolloin venttiiliosa alentaa paine-eron ensimmäisen ja toisen nestevirtauskanavan välillä ennalta määrätyn arvon alapuolelle, kun sitä liikutellaan venttiili-istukasta poispäin, ja siten estää paine-eroilmaisimen toiminnan alkamisen, venttiiliosan jäädessä avoimeen asentoon ja nestevirtaus jatkuvasti pysyy ennalta määrätyn maksimin yläpuolella, minkä mukaan paine-eroilmaisin vain reagoi, nestevirtauksen ollessa ennalta määrätyn maksimin alapuolella ja ennalta määrätyn minimin yläpuolella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtausilmaisin, tunnettu siitä, että virtausta säätävä aukko (20) on venttiiliosan läpi kulkeva aukko.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen virtausilmaisin, tunnettu siitä, että venttiiliosa (10) on esijännityksellä venttiili-istukkaa vasten painettu venttiilikartio.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtausilmaisin, tunnettu siitä, että virtaukseen reagoivan venttiilin venttiiliosa on esijännityksellä venttiili-istukkaa vasten painettu venttiilikartio ja että virtausta säätävä aukko (20) on venttiilikartion läpi kulkeva kapea virtauskanava.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtausilmaisin, tunnettu siitä, että toinen nestevirtauskanava (58) on yhteydessä virtaukseen reagoivan venttiilin venttiiliosan läpi kulkevan virtausta säätävän aukon alavirran puoleisen pään kanssa.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtausilmaisin, tunnettu siitä, että venttiiliosassa on useita aukkoja (20, 21), joista vain yksi (20) on aina avoin virtaukselle, ja muut (21) ovat avoimia virtaukselle vain, kun venttiiliosa on auki, ja toinen nes-tekanava (58) on yhteydessä toisten aukkojen (10) yhden ylävirran puoleisen pään nestepaineen kanssa. 18 66692

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtausilmaisin, tunnettu siitä, että vaikutuselin (32) on mäntä, joka liikkuu porauksessa, johon ensimmäinen (56) ja toinen (58) nestekanava avautuvat.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtausilmaisin, tunnettu siitä, että ainakin yksi vaikutus- (32) ja ilmaisineli-mistä (33) on magneetti.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtausilmaisin, tunnettu siitä, että vaikutus- (32) ja ilmaisinelimet vetävät toisiaan puoleensa.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtausilmaisin, tunnettu siitä, että vaikutuselin (32) on sovitettu sellaisen välimatkan päähän ilmaisinelimestä (33) , että se vetää ilmaisinelintä puoleensa ja esijännitysväline on sovitettu pitämään vaikutuselintä ilmaisue1imen lähellä olevassa asennossa. 19 Patentkrav: 6 66 9^