NO319627B1

NO319627B1 - Constant flow valve

Info

Publication number: NO319627B1
Application number: NO20035096A
Authority: NO
Inventors: Bernt Sigve Aadnøy
Original assignee: Aadnoey Bernt Sigve
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2005-09-05
Also published as: NO20035096L; NO20035096D0

Description

KONSTANTSTRØMVENTIL CONSTANT FLOW VALVE

Denne oppfinnelse vedrører en konstantstrømventil. Nærmere bestemt dreier det seg om en konstantstrømventil som er innrettet til å kunne levere en i hovedsak konstant volumstrøm uten i nevneverdig grad å influeres av for eksempel forand-ring i trykk mellom kontantstrømventilens innløp og utløp. Konstantstrømventilen er særlig egnet for, men ikke begrenset til, dosering av et kjemikalie med en relativt liten volum-strøm inn i en større fluidvolumstrøm. This invention relates to a constant flow valve. More specifically, it concerns a constant flow valve which is designed to be able to deliver an essentially constant volume flow without being significantly influenced by, for example, changes in pressure between the inlet and outlet of the cash flow valve. The constant flow valve is particularly suitable for, but not limited to, dosing of a chemical with a relatively small volume flow into a larger fluid volume flow.

Konstantstrømventiler ifølge kjent teknikk anvendes på en rekke områder for å sikre at en fluidstrøm forblir konstant selv om det forekommer variasjon i for eksempel det strøm-mende fluids trykk, temperatur og viskositet. Constant flow valves according to known technology are used in a number of areas to ensure that a fluid flow remains constant even if there is variation in, for example, the pressure, temperature and viscosity of the flowing fluid.

Et kjent prinsipp for en konstantstrømventils virkemåte inne-bærer at det strømmende fluid ledes gjennom to seriekoplede strupninger. Trykkfallet over den første strupning holdes konstant ved at trykkfallet over den andre strupningen reguleres i forhold til variasjoner i totaltrykkfallet over kon-stantstrømventilen. Ved dette arbeidsprinsipp må denne andre strupning også reguleres for å justere gjennomstrømningsmeng-den. En større gjennomstrømningsmengde i en konstantstrøm-ventil av denne art betinger et øket trykkfall over den A known principle for the operation of a constant flow valve involves that the flowing fluid is led through two series-connected chokes. The pressure drop across the first choke is kept constant by the pressure drop across the second choke being regulated in relation to variations in the total pressure drop across the constant flow valve. With this working principle, this second throttling must also be regulated to adjust the flow rate. A larger flow rate in a constant flow valve of this type requires an increased pressure drop across it

første strupning. first strangulation.

US patent 5 494 07 0 beskriver en konstantstrømventil av en slik konstruksjon. Den første strupning befinner seg i et forskyvbart tettende stempel hvor fluidets inngående trykk virker på stemplets ene side og en fjær spenner mot stemplets motstående side. Fluidtrykket fra det fluid som har strømmet gjennom den første strupning virker også på stemplets fjaerside. Et ventillegeme er koplet til stemplet og korresponderer med et ventilsete i konstantstrømventilens hus. Ventillegemet og ventilsetet utgjør sammen den andre strupning. US patent 5 494 07 0 describes a constant flow valve of such construction. The first throttling is located in a displaceable sealing piston where the incoming pressure of the fluid acts on one side of the piston and a spring springs against the opposite side of the piston. The fluid pressure from the fluid that has flowed through the first throat also acts on the spring side of the piston. A valve body is connected to the piston and corresponds to a valve seat in the housing of the constant flow valve. The valve body and the valve seat together make up the second throttle.

Ifølge US 5 494 070 reguleres gjennomstrømningsmengden ved at ventillegemet forskyves i forhold til stemplet, hvorved den andre strupning åpner ved en endret kraft fra fjæren. According to US 5 494 070, the amount of flow is regulated by the valve body being displaced in relation to the piston, whereby the second throttle opens with a changed force from the spring.

I en annen utførelsesform, se US patent 4 893 649, forskyves ventilsetet i forhold til huset for å kunne endre gjennom-strømningsmengden . In another embodiment, see US patent 4,893,649, the valve seat is displaced relative to the housing in order to change the flow rate.

I en ytterligere utførelsesform ifølge US patent 5234025 ut-gjøres den andre strupning og også stemplets anslag av en konisk flate. In a further embodiment according to US patent 5234025, the second throat and also the stop of the piston are made of a conical surface.

WO dokument 96/31816 omhandler en konstantstrømventil som er forsynt med en første regulerbar strupning og hvor den andre regulerbare strupning utgjøres av radielle åpninger i et rør hvor åpningene frilegges i forhold til gjennomstrømningsbe-hov. WO document 96/31816 deals with a constant flow valve which is provided with a first adjustable throttling and where the second adjustable throttling is made up of radial openings in a pipe where the openings are exposed in relation to flow requirements.

Grunnet de relativt store kontaktkrefter som forekommer mellom ventillegemet og ventilsetet utformes den ene eller begge disse komponenter i et keramisk materiale. Keramiske materia-ler er ømfintlige for slag, og det har vist seg å være nød-vendig å anordne en dempefjær mellom ventillegemet og stemplet for å forhindre at den andre strupning skades. Konstant-strømventilene ifølge begge de først nevnte US patenter er forsynt med en slik dempefjær. Due to the relatively large contact forces that occur between the valve body and the valve seat, one or both of these components are designed in a ceramic material. Ceramic materials are sensitive to impact, and it has been found necessary to arrange a damping spring between the valve body and the piston to prevent the second throat from being damaged. The constant flow valves according to both of the first mentioned US patents are provided with such a damping spring.

Ved konstantstrømventiler av denne art er det således to fjærer som er seriekoplet mellom huset og ventillegemet. En slik kopling kan medføre redusert stabilitet i ventilen og derved uønskede fluktuasjoner i gjennomstrømningsmengden. In the case of constant flow valves of this type, there are thus two springs connected in series between the housing and the valve body. Such a connection can lead to reduced stability in the valve and thereby unwanted fluctuations in the flow rate.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller i det minste redusere en eller flere av ulempene ved kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy or at least reduce one or more of the disadvantages of known technology.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav. The purpose is achieved according to the invention by the features indicated in the description below and in the subsequent patent claims.

Konstantstrømventilens første strupning utgjøres ifølge oppfinnelsen av en første regulerbar strupeventil som fortrinnsvis befinner seg i konstantstrømventilens hus og ikke i kon-stantstrømventilens stempel slik det er vanlig ifølge kjent teknikk. According to the invention, the constant flow valve's first throttling is constituted by a first adjustable throttle valve which is preferably located in the constant flow valve's housing and not in the constant flow valve's piston as is common according to known technology.

Dette trekk medfører at den første strupeventils gjennom-strømningsareal relativt enkelt kan reguleres. Trykkfallet kan således opprettholdes i hovedsak konstant over den første strupning selv om ønsket gjennomstrømningsvolum stilles om. This feature means that the flow area of the first throttle valve can be regulated relatively easily. The pressure drop can thus be maintained essentially constant over the first throttling, even if the desired flow volume is adjusted.

Konstantstrømventilens ventillegeme, som er løsbart forbundet til konstantstrømventilens stempel, er forsynt med et strøm-ningsregulerende parti som komplementært passer i konstant-strømventilens ventilhylse. Det strømningsregulererende parti er utformet med en mindre dimensjon en ventilhylsens korresponderende åpning. Det forekommer således bare ubetydelig mekanisk kontakt mellom det strømningsregulerende parti og ventilhylsen. The constant flow valve's valve body, which is releasably connected to the constant flow valve's piston, is provided with a flow regulating part which complementarily fits into the constant flow valve's valve sleeve. The flow regulating part is designed with a smaller dimension than the valve sleeve's corresponding opening. There is thus only negligible mechanical contact between the flow-regulating part and the valve sleeve.

Det er anordnet en kontaktflate som er innrettet til å kunne ta opp kontaktkrefter mellom stemplet og huset når den andre strupning befinner seg i lukket stilling. Kontaktflaten kan utgjøre en del av ventillegemet, respektive ventilhylsen. A contact surface is arranged which is designed to absorb contact forces between the piston and the housing when the second throttle is in the closed position. The contact surface can form part of the valve body, respectively the valve sleeve.

Ved utformingen ifølge oppfinnelsen utsettes de strømnings-regulerende partier til den andre strupning bare for ubetyde-lige krefter idet kontaktflatene opptar kreftene som oppstår når konstantstrømventilen lukker hurtig. In the design according to the invention, the flow-regulating parts of the second throttle are only exposed to insignificant forces, as the contact surfaces absorb the forces that occur when the constant flow valve closes quickly.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en konstantstrømventil hvor den andre strupning er åpen; Fig. 2 viser konstantstrømventilen i fig. 1 i lukket stilling; Fig. 3 viser i større målestokk den andre strupning i åpen stilling; Fig. 4 viser det samme som i fig. 3, men her er ventillegemet forskjøvet til en noe strupende stilling; Fig. 5 viser det samme som i fig. 4, men her er ventillegemet forskjøvet til stengt stilling; og Fig. 6 viser det samme som i fig. 5, men her er ventillegemet forskjøvet slik at kontaktflatene ligger an mot hverandre. In what follows, a non-limiting example of a preferred embodiment is described which is illustrated in the accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a constant flow valve where the second throttle is open; Fig. 2 shows the constant flow valve in fig. 1 in closed position; Fig. 3 shows on a larger scale the second throttle in the open position; Fig. 4 shows the same as in fig. 3, but here the valve body is shifted to a somewhat constricted position; Fig. 5 shows the same as in fig. 4, but here the valve body is shifted to the closed position; and Fig. 6 shows the same as in fig. 5, but here the valve body is offset so that the contact surfaces are in contact with each other.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en konstantstrøm-ventil omfattende et hus 2, et stempel 4, en første strupning 6 og en andre strupning 8. In the drawings, the reference number 1 denotes a constant flow valve comprising a housing 2, a piston 4, a first throat 6 and a second throat 8.

Huset 2 omfatter en sylinderdel 10 og et lokk 12 hvor lokket 12 er forbundet til sylinderdelen 10 ved hjelp av ikke viste boltforbindelser. The housing 2 comprises a cylinder part 10 and a lid 12, where the lid 12 is connected to the cylinder part 10 by means of bolt connections, not shown.

Sylinderdelen 10 er fra sitt mot lokket 12 vennende parti forsynt med en aksial boring 16 som rager inn til en bryst-ning 18. En gjennomgående hylseboring 20 forløper konsentrisk med boringen 16 fra brystningen 18. Hylseboringen 20 er forsynt med innvendige gjenger 22. The cylinder part 10 is from its part facing the lid 12 provided with an axial bore 16 which projects into a breastplate 18. A continuous sleeve bore 20 extends concentrically with the bore 16 from the breastplate 18. The sleeve bore 20 is provided with internal threads 22.

Et sylindrisk parti 24 av lokket 12 rager tettende, ved hjelp av en pakning 26, inn i boringen 16. Boringen 16 utgjør, mellom det sylindriske parti 24 og brystningen 18, en sylinder for stemplet 4. A cylindrical part 24 of the lid 12 protrudes sealingly, by means of a gasket 26, into the bore 16. The bore 16 forms, between the cylindrical part 24 and the parapet 18, a cylinder for the piston 4.

Fra konstantstrømventilens 1 innløp 28 som befinner seg i lokket 12, forløper en innløpsboring 30 til den første strupning 6. Innløpsboringen 30 kommuniserer med boringen 16 på stemplets 4 mot lokket 12 sin vennende side via en forbindel-sesboring 32. From the inlet 28 of the constant flow valve 1, which is located in the lid 12, an inlet bore 30 extends to the first throat 6. The inlet bore 30 communicates with the bore 16 on the piston 4 towards the end of the lid 12 via a connection bore 32.

Den første strupning 6 omfatter en første strupeboring 34 og en korresponderende strupekjegle 36. Strupekjeglen 36 rager forskyvbart inn i den første strupeboring 34 ved at strupekjeglen 36 utgjør et endeparti av en nanoskrues 38 spindel 40. Nanoskruen 38, som er av i og for seg kjent utførelse, er innrettet til repeterbart å kunne forskyve spindelen 40 i aksial retning. Nanoskruen 38 er forbundet til lokket 12 ved hjelp av gjenger 42. The first throat 6 comprises a first throat bore 34 and a corresponding throat cone 36. The throat cone 36 protrudes displaceably into the first throat bore 34 in that the throat cone 36 forms an end part of the spindle 40 of a nanoscrew 38. The nanoscrew 38, which is known in and of itself embodiment, is designed to be able to repeatedly displace the spindle 40 in the axial direction. The nanoscrew 38 is connected to the lid 12 by means of threads 42.

Den første strupnings 6 gjennomstrømningsareal reguleres ved å forskyve strupekjeglen 36 ved hjelp av nanoskruen 38 i strupeboringen 34. The flow area of the first throttle 6 is regulated by displacing the throttle cone 36 using the nanoscrew 38 in the throttle bore 34.

En første mellomkanal 44 i lokket 12 samt en andre mellomkanal 46 og en tredje mellomkanal 48 i sylinderdelen 10 for-binder den første strupning med hylseboringen 20. En pakning omkranser tettende den første og den andre mellomkanal 44, 46 mellom sylinderdelen 10 og lokket 12. A first intermediate channel 44 in the lid 12 as well as a second intermediate channel 46 and a third intermediate channel 48 in the cylinder part 10 connect the first throat with the sleeve bore 20. A gasket sealingly encircles the first and second intermediate channels 44, 46 between the cylinder part 10 and the lid 12.

Den tredje mellomkanal 48 munner ut i hylseboringen 20 i mel-lomrommet mellom brystningen 18 og gjengene 22, og er tilord-net en plugg 52 som kan fjernes dersom måleutstyr skal til-koples den tredje mellomkanal 48. The third intermediate channel 48 opens into the sleeve bore 20 in the space between the parapet 18 and the threads 22, and is assigned a plug 52 which can be removed if measuring equipment is to be connected to the third intermediate channel 48.

Stemplet 4, som ved hjelp av en tetning 54 er tettende forskyvbart anordnet i boringen 16, er forsynt med et ventillegeme 56 i sitt fra lokket 12 vennende parti. The piston 4, which by means of a seal 54 is displaceably sealingly arranged in the bore 16, is provided with a valve body 56 in its part facing the lid 12.

En f jaer eller f jærpakke 58 spenner mellom brystningen 18 og stemplet 4. A spring or spring pack 58 spans between the parapet 18 and the piston 4.

En ventilhylse 60 er skrudd tettende, ved hjelp av en pakning 62, inn i hylseboringens 20 gjenger 22 og korresponderer med ventillegemet 56. A valve sleeve 60 is screwed sealingly, by means of a gasket 62, into the threads 22 of the sleeve bore 20 and corresponds to the valve body 56.

Ventilhylsen 60 er utformet med en sentrisk aksial gjennomgående andre strupeboring 64 som kommuniserer med konstant-strømventilens 1 utløp 66. The valve sleeve 60 is designed with a centric axial through second throat bore 64 which communicates with the constant flow valve 1 outlet 66.

Ved sitt mot ventillegemet 56 vennende parti er strupeboringen 64 forsynt med en avfasing 68, se fig. 3. Ventilhylsens 56 endeareal som omkranser avfasingen 68 utgjør en første fortrinnsvis opprillet kontaktflate 70 for en korresponderende andre kontaktflate 72 på ventillegemet 56. At its part facing the valve body 56, the throat bore 64 is provided with a chamfer 68, see fig. 3. The end area of the valve sleeve 56 which encircles the chamfer 68 forms a first preferably grooved contact surface 70 for a corresponding second contact surface 72 on the valve body 56.

Ventillegemet 56 er forsynt med en strupedel 74 som rager sentrisk ut fra ventillegemet 56 i retning mot ventilhylsen 60. The valve body 56 is provided with a throat part 74 which protrudes centrically from the valve body 56 in the direction towards the valve sleeve 60.

Strupedelen 74 er tildelt en utvendig diameter som er noe mindre enn den andre strupeborings 64 diameter. Strupedelen 74 er innrettet til å kunne forskyves inn i den andre strupeboringen 64 uten at det oppstår mekanisk kontakt av betydning mellom strupedelen 74 og den andre strupeboring 64. The throat part 74 is assigned an external diameter which is somewhat smaller than the diameter of the second throat bore 64. The throat part 74 is designed to be able to be moved into the second throat bore 64 without significant mechanical contact between the throat part 74 and the second throat bore 64 occurring.

Ved sitt utragende endeparti er strupedelen 74 forsynt med et konisk parti 76. At its protruding end part, the throat part 74 is provided with a conical part 76.

Stemplets 4 relative aksielle posisjon er således bestemmende for den andre strupnings 8 åpning. The relative axial position of the piston 4 is thus decisive for the opening of the second throttle 8.

Fluidtrykket på den første strupnings 6 oppstrømsside virker som nevnt via forbindelseskanalen 32 på stemplets 4 mot lokket vennende side. Fluidtrykket på den første strupnings ned-strømsside virker via mellomkanalene 44, 46, og 48 samt hylseboringen 20 på stemplets 4 motstående side sammen med kraften fra fjæren 58. The fluid pressure on the upstream side of the first throttle 6 acts as mentioned via the connection channel 32 on the side of the piston 4 towards the lid. The fluid pressure on the downstream side of the first throttle acts via the intermediate channels 44, 46 and 48 as well as the sleeve bore 20 on the opposite side of the piston 4 together with the force from the spring 58.

Kraften fra fjæren 58 søker å forskyve stemplet 4 i retning mot lokket 12, mens den resulterende kraft fra trykkfallet over den første strupning 6 søker å forskyve stemplet 4 i motsatt retning. Trykkfallet og derved volumstrømmen gjennom konstantstrømventilen 1 ved en gitt innstilling av den første strupning 6 er således i hovedsak avhengig av forholdet mellom fjærkraften fra fjæren 58 og arealet av stemplet 4. The force from the spring 58 seeks to displace the piston 4 in the direction towards the lid 12, while the resulting force from the pressure drop across the first throat 6 seeks to displace the piston 4 in the opposite direction. The pressure drop and thereby the volume flow through the constant flow valve 1 at a given setting of the first throttle 6 is thus essentially dependent on the ratio between the spring force from the spring 58 and the area of the piston 4.

Når fluid først tilføres konstantstrømventilens 1 innløp 20 under trykk, se fig. 1 og 3, er stemplet 58 med ventillegemet 56 forskjøvet til en posisjon mot lokket 12. Den andre strupning 8 er således åpen. When fluid is first supplied to the constant flow valve 1 inlet 20 under pressure, see fig. 1 and 3, the piston 58 with the valve body 56 is displaced to a position towards the lid 12. The second throttle 8 is thus open.

Det innstrømmende fluid strømmer umiddelbart gjennom innløps-boringen 30 og forbindelsesboringen 32 til boringen 16. Stemplet 4 med ventillegemet 56 forskyves derved relativt raskt mot ventilhylsen 60 til de to kontaktflatene 70 og 72 ligger an mot hverandre, se fig 2 og 6. Den andre strupning The inflowing fluid flows immediately through the inlet bore 30 and the connecting bore 32 to the bore 16. The piston 4 with the valve body 56 is thereby moved relatively quickly towards the valve sleeve 60 until the two contact surfaces 70 and 72 are in contact with each other, see figs 2 and 6. The second throttling

er derved stengt. is thereby closed.

Etter hvert som fluid strømmer gjennom den første strupning 6 og videre gjennom mellomkanalene 44, 46 og 48 samt hylsekana-len 20, bygger det seg opp et fluidtrykk på stemplets 4 mot ventilhylsen 60 sin vennende side. Denne kraft sammen med kraften fra fjæren 58 vil etter relativt kort tid overvinne kraften fra fluidtrykket på stemplets 4 mot lokket 12 sin vennende side og forskyve stemplet 4 og ventillegemet 56 noe i retning bort fra ventilhylsen 60, se fig. 4. Fluid kan nå strømme ut gjennom ventilhylsens 60 andre strupeboring 64 og til utløpet 66. Fluidtrykket på stemplets 4 fjærside reduse-res derved, og stemplet 4 og ventillegemet 56 forskyves i retning mot ventilhylsen 60, se fig. 5. I denne stilling, hvor det koniske partis 76 største diameter korresponderer med overgangen mellom avfasingen 68 og den andre strupeboring 64, er den andre strupning 8 praktisk talt stengt. Fluidtrykket mot stemplets 4 fjærside stiger derved. As fluid flows through the first throat 6 and further through the intermediate channels 44, 46 and 48 as well as the sleeve channel 20, a fluid pressure builds up on the piston 4 against the valve sleeve 60's friendly side. This force, together with the force from the spring 58, will after a relatively short time overcome the force from the fluid pressure on the piston 4 towards the lid 12's facing side and displace the piston 4 and the valve body 56 somewhat in a direction away from the valve sleeve 60, see fig. 4. Fluid can now flow out through the second throat bore 64 of the valve sleeve 60 and to the outlet 66. The fluid pressure on the spring side of the piston 4 is thereby reduced, and the piston 4 and the valve body 56 are displaced in the direction towards the valve sleeve 60, see fig. 5. In this position, where the largest diameter of the conical part 76 corresponds to the transition between the chamfer 68 and the second throat bore 64, the second throat 8 is practically closed. The fluid pressure against the spring side of the piston 4 thereby rises.

Innen relativt kort tid stabiliserer konstantstrømventilen 1 trykkfallet over den første strupning 6 ved at den andre strupnings 8 trykkfall automatisk innjusteres som beskrevet ovenfor. Eventuelle endringer i det totale trykkfall over konstantstrømventilen 1 hvor trykkfallet for eksempel kan ha sin årsak i en trykkforandring i utløpet 66, kompenseres med et endret trykkfall over den andre struping 8, idet trykkfallet over den første strupning 6 i hovedsak bare er påvirket av konstruktive trekk i konstantstrømventilen slik det er beskrevet ovenfor. Within a relatively short time, the constant flow valve 1 stabilizes the pressure drop across the first throttle 6 by automatically adjusting the pressure drop of the second throttle 8 as described above. Any changes in the total pressure drop across the constant flow valve 1, where the pressure drop can for example have its cause in a pressure change in the outlet 66, is compensated by a changed pressure drop across the second throttle 8, as the pressure drop across the first throttle 6 is mainly only influenced by constructive features in the constant flow valve as described above.

Trykkfallet over den første strupning 6 forblir uendret selv om den første strupnings 6 gjennomstrømningsareal justeres for å endre konstantstrømventilens 1 gjennomstrømningsmengde. The pressure drop across the first throttle 6 remains unchanged even if the flow area of the first throttle 6 is adjusted to change the flow rate of the constant flow valve 1.

I en ytterligere ikke vist utførelsesform kan stemplet utgjø-res av en membran. In a further not shown embodiment, the piston can be made of a membrane.

Claims

1. Constant flow valve (1) comprising a housing (2), a displaceable sealing piston (4) in the housing (2), a first throat (6) and a second throat (8), and where the relative axial position of the piston (4) is determining the opening of the second throttle (8), and where the upstream side of the first throttle (6) communicates with one side of the piston (4), the downstream side of the first throttle (6) communicating with the opposite side of the piston (4), characterized in that the second throat bore (64) of the second throat {8) is provided with an inner diameter that is larger than the outer diameter of a throat part (74) of the valve body (56) connected to the piston (4), the throat bore (64) and the throat part (74) ) constitute the flow-regulating parts, and where the force from the piston (4), when the piston (4) is displaced in the direction of the second throat (8), is absorbed by contact surfaces (70, 72) which are separated from the flow-regulating parties (64, 74).

2. Constant flow valve according to claim 1, characterized in that the through-flow area of the first drop (6) is adjustable.

3. Constant flow valve according to claim 1, characterized in that the first throttle (6) is located separately from the piston (4).