NO178988B - Fremgangsmåte og anordning for fluidtrykkregulering - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for fluidtrykkregulering, hvorved et trykk eller- en trykkdifferanse i en fluidstrømningskanal holdes ved en valgt,

tilnærmet konstant verdi ved hjelp av et reguleringsorgan som 5 styres av selve fluidet.i kanalen. Fremgangsmåten og anordningen er spesielt interessant for luftregulering i ventilasjonssystemer i bygninger, men også andre anvendelsesområder kan være aktuelle.

En anordning som arbeider etter de prinsipper som er antydet ovenfor er foreslått i vårt tidligere patent SE-B-

458 802 og i det tilsvarende EPA 0285 588. Styringen skjerder ved hjelp av en sylinder med vertikal sylinderaksel og som et lettbevegelig og trykkfølsomt legeme er anordnet i, og dette legeme avgrenser sammen med sylinderen et trykkvolum som står i forbindelse med en ventilasjonskanal i det valgte punkt med tanke på trykket. Det trykkfølsomme legeme har en masse som tilsvarer et bestemt trykk i det valgte punkt i kanalen og er innrettet til å utbalansere den trykkraft som virker mot legemet. Anordningen løser mange problemer hvor tidligere bare manuelt innstillbare spjeld kunne anvendes, siden tidligere anordninger av denne type ikke har kunnet benyttes innen-

for rimelige kostnader ved at de vært unøyaktige og hatt en dårlig reguleringsfunksjon. Et generelt problem er i dette henseende at ved at man etter å ha kontrollert at luftstrømmen til et lokale er korrekt eller i alle fall ligger innenfor aksepterbare toleransegrenser opplever at en etterfølgende innstilling av spjeldfunksjonen i en kanal i et annet lokale L samme bygningskompleks medfører en innstillingsendring for

let første lokale. Innjusteringen av spjeldet for de enkelte Lokaler eller rom i en bygning blir derfor ganske tidkrevende,

>g i praksis vil man ytterst sjelden få det ønskede nivå på .uftstrømmen til hvert enkelt lokale. Vår tidligere foreslåtte reguleringsanordning løser i mange tilfeller problemer av den irt som er antydet ovenfor, men i mange tilfeller blir inn-;tillingsarbeidet ved anvendelsen av også en reguleringsanord-.ing av tidligere foreslått type ganske komplisert, hvorved Lan ved gjentatte tilfeller er tvunget til å forandre det rykkfølsomme legemes masse manuelt og ved hjelp av forskjel-

lige utskiftbare tareringsvekter. Særlig innenfor mer kompliserte ventilasjonssystemer i større bygningskomplekser hvor forstyrrel-ser av den art som innledningsvis er antydet opptrer i så stor

grad at innjusteringen blir både tidkrevende og komplisert, er 5 det et mål at innjusteringen kan utføres både enklere og mer fleksibelt.

En måte å løse problemet med innjusteringen på, er at det i stedet for det trykkfølsomme legeme i en sylinder benyttes en momentarm som kan stille seg inn i forhold til det gjeldende trykk eller den gjeldende trykkdifferanse på slik måte at armen holdes i likevektsstilling mellom sine begge endestillinger når den valgte verdi for trykket eller trykkdifferansen oppnås. Momentarmens tyngdepunkt kan være forskyvbart på forskjellige måter, manuelt eller automatisk. Anordninger og fremgangsmåter som bygger på slike momentarmer er f.eks. beskrevet i EP-A-0 192 335 og DE-A-24 32 660. En ulempe med disse foreslåtte anordninger eller fremgangsmåter er imidlertid at reguleringsnøyaktigheten ikke er tilstrekkelig god for dagens stadig mer sofistikerte ventilasj onssystemer.

Videre kjennes fra GB-B-1 473 892 en regulator for å regulere en fluidstrøm mellom to punkter. Den omfatter en ventil som regulerer fluidtilførselen og er anordnet mellom de to aktuelle punkter, videre har regulatoren en momentarm, en fjær som samvirker med denne, rør som forbinder punktet på nedstrøms-siden av ventilen med momentarmen, og rør som kopler ventilens styring og punktet på oppstrømssiden av ventilen til momentarmen. Heller ikke denne regulator har vist seg tilfredsstillende for mer kompliserte ventilasjonsanlegg.

På bakgrunn av den kjente teknikk er det ifølge oppfinnelsen skaffet til veie en fremgangsmåte og en anordning for fluidtrykkregulering i en strømningskanals hovedfluidstrøm, hvor det i forhold til den kjente teknikk er enklere å foreta innj us teringer, og hvor reguleringsnøyaktigheten er meget god. Denne fremgangsmåte vil være slik det er angitt i det etterfølg-ende patentkrav 1, og anordningen er nærmere fastlagt i de etterfølgende patentkrav 2-5.

Oppfinnelsen skal nå beskrives ved hjelp av tilhørende tegninger, av hvilke fig. 1 og 2 hver viser to prinsippskisser for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, tilpasset tilluftskobling hhv fraluftskobling i et ventilasjonssystem, mens fig. 3 viser en foretrukket utførelsesform av anordningen for å gjennomføre fremgangsmåten.

På fig. 1 vises skjematisk en strømningskanal 1 for luft, gjennom hvilken luft bringes til å strømme ved innvirkning av en ikke vist vifte anordnet utenfor den del av kanalen som vises, til venstre på figuren. Luftens strømningsretning er vist med en pil (luft). Trykket i strømningskanalen 1 reguleres ifølge oppfinnelsen til en valgt, ønsker verdi Pl, den nominelle, ved hjelp av et reguleringsorgan 2 med et innvendig spjeld 3 som kan dreies om en aksel 4 som på figuren står normalt på papirplanet, i begge retninger i forhold til den viste stilling, idet dreiebevegelsen er indikert med en dobbeltpil 5. Det momentane trykk, det virkelige, benevnes her P2. Rommets lufttrykk angis ved Pa. En momentarm 6 med én eller to friarmer er opplagret ved sitt momentpunkt på en egg 7. Momentarmens til venstre viste friarm heves og senkes ved påvirkning av trykket P2. Dette kan skje på flere måter, men her illustreres det med en nedentil åpen belg anbrakt med sin ene ende lufttett mot momentarmens venstre friarm og med sin andre åpne ende i en fast stilling. En første ledning 9 er ført fra strømningskanalen 1, fra et uregulert område foran reguleringsorganet 2, dvs på oppstrømssiden i kanalen, der trykket er Pl, og denne første ledning kan i sin utløpsende 9a åpnes eller lukkes av momentarmen 6 ved at denne utfører en viss dreiebevegelse om sin momentakse langs eggen 7. En andre ledning 10 forbinder en belg 8 med et område i strøm-ningskanalen hvor trykket er regulert av reguleringsorganet 2 og momentant har verdien P2. En tredje ledning 11 er anordnet for å forbinde en fluiddrevet manøvreringsenhet 12 for spjeldet 3, med ledningen 9 like ovenfor utløpsenden 9a og i en slik vinkel i forhold til ledningen 9 at ejektorvirkning i denne ledning kan bidra til strømningen i den tredje ledning 11. Manøvreringsen-heten 12 aktiveres av luft i ledningen 11 og kan være plassert inne i strømningskanalen i reguleringsorganet 2 slik som det er antydet på fig. IA, eller utenfor kanalen slik det er antydet på fig. IB. Manøvreringsenheten 12 kan være anordnet slik at den påvirker spjeldet 3 direkte slik som antydet på fig. IA eller indirekte slik som antydet på fig. IB.

Det er dermed viktig for reguleringsnøyaktigheten at manøvreringsenheten 12 kan tømmes for luft i tilstrekkelig grad når spjeldet 3 skal være helt stengt eller helt åpent. Dette skjer ifølge oppfinnelsen ved den ejektorvirkning som skyldes

ledningen 9 slik som antydet ovenfor,

En slik ejektorvirkning muliggjør en rask tømming av manøvreringsenheten 12 selv om det foreligger lave trykknivåer ved spesielle anvendelser, eksempelvis i ventilasjonssystemer. I praksis når man følgelig aldri atmosfæretrykk i manøvreringsen-heten 12 uten slik ejektorvirkning fra i dette tilfelle ledningen 9 dersom ikke mekaniske hjelpemidler såsom sterke returfjærer

anordnes for tømmingen av manøvreringsenheten 12. I slike tilfeller må imidlertid drivtrykket for tilførsel av fluid til manøvreringsenheten 12 være større, og da vil ikke anordningen funksjonere som en enhet ved de lave trykk som ordinært forefin-nes i ventilasjonssystemet. Anordningen kan da på eneste måte bringes til å funksjonere tilfredsstillende dersom de virksomme flater i manøvreringsenheten 12 forstørres tilstrekkelig mye, hvorved da ytterdimensjonene for denne blir prohibitivt store for formålet.

Ved regulering ifølge en direktevirkende utførelsesform slik som den som er vist på fig. IA utføres ledningens 9 utløpsende 9a med retning mot og tett anliggende mot den samme friarm av momentarmen 6 som den hvor belgen 8 er anordnet. I dette tilfelle kan følgelig momentarmen 6 utføres med bare én friarm. Hvis trykket på nedstrømssiden er høyere enn det nominelle trykk P2 stenges utløpsenden a helt av momentarmen 6 ved innvirkning av belgen 8 ved dennes utvidelse. Momentarmen 6 befinner seg da i sin øverste endestilling, hvorved direktefor-bindelse dannes mellom ledningene 9 og 11. All luft fra ledningen 9 vil nå strømme via ledningen 11 til manøvreringsenheten 12 som på denne måte struper spjeldet 3 slik at trykket synker mot verdien P2, belgen 8 presses sammen, og når en tilstrekkelig lav trykkverdi oppnås (nær P2) har ledningens 9 utløpsende 9a blitt åpnet helt av momentarmens 6 nedoverrettede bevegelse ved kontaktstedet. All luft gjennom ledningen 9 kan derfor fritt strømme ut gjennom utløpsenden 9a, og luften i manøvreringsen-heten 12 bringes til å strømme ut via ledningen 11 ved innvirkning av trykket Px, slik at spjeldet 3 åpnes. Ved en likevektsstilling ett eller annet sted mellom de to endestillinger for momentarmen 6 kommer altså ingen strømning til å finne sted til eller fra manøvreringsenheten 12 via ledningen 11. En slik likevektsstilling kan lett velges ett eller annet sted mellom

endestillingene for momentarmen 6 ved å endre dennes tyngde-i punktsstilling, hvorved et tilsvarende trykk P2 kan holdes i alt vesentlig konstant, trykket P2 ved likevekt av momentarmen 6 kan således innstilles til en valgt verdi ved å endre momentarmens 6 tyngdepunktstilling, f.eks. ved en her ikke vist forskyvbar vekt som føres langs armen.

Ved regulering ifølge en indirekte virkende utførelses-form slik som den som illustreres på fig. IB rettes ledningens 9 utløpsende 9a mot den høyre friarm av momentarmen 6. Manøvre-ringsenheten 12 velges da slik at spjeldet 3 åpnes ved et øket trykk i enheten, og omvendt ved innvirkning av en anordning antydet ved 13. Når trykket på nedstrømssiden øker åpnes utløpsenden 9a gradvis inntil momentarmens 6 ene endestilling nås, hvorved all luft gjennom ledningen 9 fritt kan strømme ut og også manøvreringsenheten 12 tømmes, ved påvirkning av atmosfæretrykket og ej ektorvirkningen fra ledningen 9, slik at spjeldet 3 stenges. Ved redusert trykk stenges utløpsenden 9a gradvis inntil momentarmens 6 høyre friarm helt tetter utløpsen-den 9a, hvorved momentarmens 6 andre endestilling nås. Nå strømmer all luft gjennom ledningen 9 opp til manøvreringsenheten 12 via ledningen 11, hvorved trykket i manøvreringsenheten 12 øker og spjeldet 3 åpnes, og dette medfører at trykket øker. Ved en likevektsstilling gjelder samme som det som er gjennomgått ovenfor med henvisning til fig. IA.

Reguleringen av en fraluftskobling illustreres skjematisk på fig. 2, idet fig. 2A viser en direktevirkende utførelses-form. Under drift skjer reguleringen i prinsippet på samme måte som beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 1, men hvor trykkene P1 og P2 nå har byttet plass i kanalen, i hvilken en ikke vist vifte, tenkt til høyre for kanalen i henhold til fig. 2A og 2B, suger luft ut i den retningen som antydes med pilen (luft). Her skal altså trykket på oppstrømssiden av reguleringsorganet 2 reguleres til en valgt og konstant verdi P2. Manøvreringsenheten 12 anordnes ved dette slik at den utenfra påvirkes av trykket Px. I.den utførelsesform som er vist på fig. IA er maksimalkraf-ten som påvirker manøvreringsenheten 12 for åpning og stengning av spjeldet 3 proporsjonal med trykkforskjellen Pj^-Pz, mens den minste kraft blir proporsjonal med Pa-P2- Tilsvarende verdier for den indirekte virkende utførélsesform i henhold til fig. IB er maks. (p!-Pa) hhv min.^-P.,) (dvs. null). For utførélsesf ormene i henhold til fig. 2 blir deretter maks.(Pa-P1) og min.

(dvs. null) ved direktevirkende systemer, og maks. (Pa-Pi) hhv min. (P1-P1) (dvs. null) ved indirekte virkende systemer.

På en tilsvarende måte som den som er vist på fig. 1 og 2 kan også trykkforskjellene reguleres ved å benytte to reguleringsorganer og med en analog regulering og styring av trykk ut fra to punkter. Herved kan to styresystemer slik som illustrert ovenfor bringes til å samvirke. Det er også mulig å la hver trykkdifferanse bare påvirke én momentarm, f.eks. via to belger anordnet på hver sin friarm.

På fig. 3 vises en foretrukket anordning for styring av reguleringsorganer, her kalt styreenhet.

Styreenheten har generelt henvisningstallet 3 0 og den innbefatter et hus 31, 32, idet 31 angir husets belgdel og 32 dets ventildel. I huset 31, 32 finnes en belg 33 og en momentarm 34, her også kalt balansearm. Balansearmen 34 har en vekt 35 som er forskyvbar langs armen og innstillbar ved hjelp av en stiUeskrue 36. Balansearmen 34 og stilleskruen36 med vekten 35 er forbundet med en låsemutter 37. Belgen 33 er i sin åpne ende trædd på en belgholder 38 med en viss utstrek-ning inne i belgen 33. Dette er for å hindre belgen 33 i å "tyte" ut av styreenheten 3 0 når belgen 3 3 utsettes for store overtrykk. I belgholderens 38 åpne ende finnes en slangetil-kobling 3 8A for forbindelse med en strømningskanal på det sted hvor det valgte trykk skal holdes konstant. Belgholderen 38 og derved også belgen 33 er festet til belgdelen 31 i huset med en låsering 39. En rørforgrening 40 med en rett gjennomgående del 40a og en utvinklet del 40b sitter fastskrudd til husets ventildel 32 slik at den gjennomgående dels ene ende kan ligge an i retning mot balansearmen 34. Rørforgreningen 40 kan også utføres med den utvinklede del 40b i spiss vinkel i forhold til den rette del 40a, og da mot den del som vender oppover på tegningen. Balansearmen 34 har til venstre på figuren en ringformet del som er lufttett festet til belgen 33 og balanserer mot en egg 41 anordnet i 'husets ventildel 32.

Eggens anlegg mot balansearmen 34 er relativt lang for å redusere slitasjedeformasjonene under lang tids drift til

neglisjerbare verdier. Balansearmen 34 skal med sin tyngde-

> kraft påvirkning danne en kraft og en trykkreferanse overfor det trykk som belgen 33 har. Balansearmen 34 styrer i prinsippet via sitt leie hvor mye luft som skal strømme til eller fra en manøvreringsenhet i et reguleringsorgan via forgren-ingens utvinklede rørdel slik som antydet ovenfor. Forgrenin-gens 40 tredje ende skal bringes i forbindelse med innløps-luften i en strømningskanal med deri anordnet reguleringsorgan slik som tidligere beskrevet.

Siden balansearmen 34 er en bevegelig del i styreenheten 30 påvirkes det tilbakekoblede system av den masse-treghet som balansearmen 34 representerer. Jo større masse-treghet desto mindre blir marginen overfor ustabilitet og egensvingninger. Av denne grunn er det viktig å holde balansearmens 34 masse så lav som mulig, og en måte å redusere massen på er å utføre armen med såkalte lettehull.

For å muliggjøre en enkel forflytting av balansearmens 34 tyngdepunkt løper vekten 35 i langstrakte spor på armen. Ved at vektens 35 akseltapper er synlige fra begge sider av balansearmen kan vektens stilling og følgelig det innstilte trykk i belgen 33 avleses direkte. En skala an-bringes da passende på balansearmen 34 for å lette avlesnin-gen av det innstilte trykk. Størrelsen av vekten 35 er hensiktsmessig tilpasset for å gi anledning til enkel innstilling av heltalls trykkenheter såsom Pascal, samtidig som balansearmens 34 konstruksjon holdes kompakt. En liten vekt 35 gir følgelig en mer utspredt skala og nøyaktigere inn-stillingsmulighet, men også en lettere vippbar balansearm 34.

Den øvre rørdel av forgreningen 40 er hensiktsmessig utrustet med et hastighetsøkende munnstykke 42 som ytterligere kan bidra til å forbedre ejektorvirkningen og derved også en rask evakuering av manøvreringsenheten ved denne ejektorvirkning, i de tilfeller hvor enheten og derved spjeldet skal innstilles i sin ene endestilling, slik som beskrevet ovenfor.

Oppfinnelsen begrenses ikke til de ovenfor illustrerte utførelsesformer, men kan varieres på flere måter innenfor ram-men for oppfinnelsesidéen og patentkravene og kan f.eks. anvendes for regulering av andre fluider enn luft som her først og fremst har blitt omtalt.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fluidtrykkregulering i en strømnings-kanals (1) hovedfluidstrøm ved hjelp av et reguleringsorgan (2) og slik at hovedfluidstrømmens fluidtrykk eller en fluidtrykkforskjell holdes ved en valgt, hovedsakelig konstant verdi P2 hhv. P2 - Plr ved at en momentarm (6) med to frie armer - og som i en likevektsstilling under balansert påvirkning av to motvirkende momenter, nemlig et moment i en første retning som følge av fluid-trykket eller fluidtrykkforskjellen, og momentarmens eget vektmoment i den motsatte, andre retning - ved forskyvning i den første retning, når det er behov for dette for reguleringen, bevirker at en del eller en større del av en drivfluidstrøm i en første ledning (9) blir ført inn i en manøvreringsenhet (12), idet driv-fluidstrømmen tas ut som en del av hovedfluidstrømmen i strømnings-kanalen (1) fra et uregulert område i denne, KARAKTERISERT VED innstilling av momentarmen (6) slik at det er dens dreining i den andre retning som bevirker øket strøm av drivfluid i den første

ledning (9)og samtidig en ejektorvirkning slik at fluidet effektivt strømmer ut av manøvreringsenheten (12) og tillater hovedsakelig

fullstendig tømming av denne når dette er påkrevet for reguler-ingsformål, hvorved det oppnås en nøyaktig regulering av fluid-strømmen inn i hhv. ut av manøvreringsenheten (12) i reguleringsorganet (2) i respons på det trykk eller den trykkforskjell som til enhver tid påvirker momentarmen (6).

2. Anordning for fluidtrykkregulering i en strømningskanals (1) hovedfluidstrøm ved hjelp av et reguleringsorgan (2) og slik at hovedfluidstrømmens fluidtrykk eller en fluidtrykkforskjell holdes ved en valgt, hovedsakelig konstant verdi P2 hhv. P2 - Px, med en tappoppspent momentarm (6, 34) med to frie armer, og en belg (8, 33) for samvirke med momentarmens ene frie arm og for overføring av et moment for dens dreining i en første retning, mot momentarmens eget vektmoment for dreining i den motsatte, andre retning, idet belgen (8, 33) på sin side er innrettet for ekspansjon som følge av trykket eller trykkforskjellen, KARAKTERISERT VED en rørforgrening (40) som har en rett gjennomgående del (40a) hvis ene ende er innrettet for tettende anlegg mot den ene av momentarmens (6, 34) frie armer, mens dens andre ende er koplet til et uregulert område i strømningskanalen (1), samt en del (40b) som rager ut i vinkel fra den rette gjennomgående del (40a) slik at ejektorvirkning oppnås i rørforgreningen (40) når en fluidstrøm øker gj ennom den rette gj ennomgående del (40a), hvorved tømming tillates av en manøvreringsenhet (12) som er anordnet i reguleringsorganet (2) og er tilkoplet den vinkelutragende del (40b).

3. Anordning ifølge krav 2 for å holde en trykkforskjell ved en valgt verdi P2 - Plr KARAKTERISERT VED en ytterligere belg (8, 33) innrettet for samvirke med momentarmen (6, 34), og en ytterligere rørforgrening (40) med en rett gjennomgående del og en vinkelutragende del.

4. Anordning ifølge krav 2 eller 3, KARAKTERISERT VED at hver rørforgrening (40) er utrustet med et hastighetsøkende munnstykke (42) i den strømningskanaltilkoplede ende av den rette gj ennomgående del (40a).

5. Anordning ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at munn-stykket (42) er utskiftbart anordnet.