NL8000432A - Door een stuurklep in werking gestelde klep. - Google Patents

Description

τ I' Λ.

79355VKe/TH

Aanvraagster: Automatic Switch Company te Elorham Park'* (N. J. ), U.S.A. Titel : Door een stuurklep in werking gestelde klep.

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd

Alfred H. Rolfe

De uitvinding heeft betrekking op een door een stuur-! klep in werking gestelde klep, en meer in het bijzonder een verbetering van dergelijke kleppen waarbij de snelheid van het openen en sluiten op een speciale manier wordt geregeld.

5 Een door een stuurklep in werking gestelde klep bevat een hoofdkleporgaan dat ingericht is voor het openen of sluiten van een inwendige opening waardoor de stroming van een fluïdum wordt mogelijk gemaakt of voorkomen vanaf de inlaatpoort aan de zijde van hogedruk bij de uitlaatpoort aan de zijde van lagedruk. Een kamer 10 aan de zijde van het kleporgaan die tegenover de opening ligt staat via een aflaat-doorgang in verbinding met de inlaatpoort. De kamer staat ook via een kleine stuurklep in verbinding met een gebied van lagedruk, zoals de uitlaatpoort. Vanneer de stuurklep gesloten is vult fluïdum met hogedruk de kamer op door de aflaatdoorgang, en 15 wanneer de druk in de kamer stijgt tot een niveau dat voldoende hoog is wordt daardoor het hoofdkleporgaan gedwongen om de opening af te sluiten, waardoor de hoofdklep wordt gesloten. Wanneer de stuurklep wordt geopend neemt de fluïdumdruk in de kamer af, omdat de doorlaat door de stuurklep groter is dan de aflaatdoorgang, en 20 dan verplaatst het hoofdkleporgaan zich om de opening te openen.

Bij de gebruikelijke kleppen van het hierboven beschreven type is de snelheid waarmee de hoofdklep zich opent en sluit, voor elk gegeven drukverschil aan weerszijden van de klep, afhankelijk van de verhouding van de doorstroomoppervlakken van de aflaat-25 doorgang en de doorgang van de stuurklep. Hoe groter bijvoorbeeld de aflaatdoorgang is ten opzichte van de betreffende doorgang in de stuurklep, hoe langzamer de klep zal openen en hoe sneller hij zal sluiten. De reden hiervoor is dat, wanneer de stuurklep wordt geopend, de druk in de kamer betrekkelijk langzaam daalt omdat fluïdum met 30 hoge druk met een betrekkelijk grote snelheid de kamer blijft binnenstromen door de aflaatdoorgang. Wanneer de stuurklep wordt gesloten wordt door het met grote snelheid de kamer binnenkomende fluïdum met hogedruk de druk in de kamer snel opgevoerd. Hoe kleiner anderzijds de doorgang bij de aflaat is ten opzichte van een bepaalde stuur- 800 0 4 32 - 2 - doorgang, hoe sneller de klep zal openen en hoe langzamer hij zal sluiten. Reden hiervoor is dat, wanneer de stuurklep wordt geopend, de druk in de kamer snel daalt omdat fluïdum met hoge druk de kamer met kleine snelheid blijft binnenkomen door de aflaatdoorgang. Wan-5 neer de stuurklep wordt gesloten zal door het fluïdum met hogedruk dat met lage snelheid de kamer binnenkomt de druk in de kamer langzamer worden verhoogd, en als gevolg daarvan zal de hoofdklep langzaam sluiten.

Het is bij de meeste kleptoepassingen gewenst dat de 10 hoofdklep snel opent en sluit, onmiddellijk reagerend op het openen respectievelijk sluiten van de stuurklep. Een dergelijke snelle beweging van het hoofdkleporgaan gaat echter gepaard met een abrupte beëindiging van de beweging in de beide richtingen, hetgeen gewoonlijk bezwaarlijk is. Meer in het bijzonder zal, wanneer een snel 15 sluitend hoofdkleporgaan tegen de klepzitting slaat die de opening omgeeft, de vloeistofstroming door de klep zo plotseling worden gestopt dat een hydraulische schot ontstaat, gewoonlijk aangeduid als "waterslag". Een dergelijke schot is veel groter dan de normale drukken in het systeem en kan dan ook beschadiging veroorzaken van de 20 fluïdumleiding en de andere uitrusting die door de klep wordt geregeld. Wanneer een snel openend hoofdkleporgaan de aanslag treft die verdere verplaatsing voorkomt hebben de delen bovendien de neiging om te slijten, waardoor de nuttige levensduur van de klep wordt verkort.

25 De uitvinding beoogt een door een stuurklep in werking gestelde klep te verschaffen waarin het hoofdkleporgaan zijn openende en sluitende beweging snel begint, maar vertraagt naarmate het einde nadert van de openende en sluitende slag, zodat de beweging niet plotseling aan zijn einde komt. Als gevolg daarvan worden waterslag 30 en te grote slijtage van de delen aanzienlijk minder of zelfs geheel voorkomen.

Verder beoogt de uitvinding een dergelijke klep te verschaffen waarin een aflaatdoorgang een dwarsdoorsnede-oppervlak heeft dat geleidelijk langs de lengte verandert zodat het doorstroom-35 oppervlak het kleinste is wanneer de hoofdklep gesloten is, en het grootste wanneer de hoofdklep open is.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening.

Fig. 1 is een gedeeltelijke doorsnede door een klep 800 0 4 32 t * - 3 - volgens de uitvinding waarin zowel de hoofd- als de stuurklep gesloten zijn;

Fig. 2 is een overeenkomstige voorstelling met de stuurklep open; 5 Fig. 3 is nog een overeenkomstige voorstelling maar met de stuur- en hoofdklep heide open;

Fig. k toont op grotere schaal een gedeelte van de doorsnede van Fig. 1;

Fig. 5 toont perspectivisch het hoofdkleporgaan en de 10 afdichting waardoor de beweging daarvan wordt geleid, welke beide onderdelen in Fig. 1-3 zichtbaar zijn;

Fig. 6 toont op dezelfde wijze als Fig. 5 een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Fig. 7 is een gedeeltelijk opengebroken aanzicht van 15 een hoofdkleporgaan en een afdichting in een nog andere uitvoeringsvorm;

Fig. 8 is een doorsnede volgens de pijlen 8 - 8 in

Fig. 7, en

Fig. 9 is een doorsnede door de gehele klep in nog 20 een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding.

De in Fig. 9 weergegeven, door een stuurklep bediende klep omvat een kleplichaam 10 waarbovenop zich een kap 11 bevindt.

Het lichaam 10 heeft een inlaatpoort 12 die verbonden kan worden met een bron van een fluïdum met hogedruk, een uitlaatpoort 13 die ver-25 bonden kan worden met een gebied van lagere druk, en tussen de poorten 12 en 13 een opening 1½ die omgeven wordt door een ringvormige hoofdklepzitting 15· De kap 11 is voorzien van een inwendige boring waarin een zuiger 18 ondergebracht is die binnen de boring verticaal verplaatsbaar is. De onderzijde van de zuiger 18 heeft een naar 30 beneden uitstekende omtrekslip 19 en een centrale naar beneden uitstekende, van draad voorziene stomp 20. Een verende ring-vormige hoofdklepschijf 21, met een gat in het midden, is ondergebracht binnen de ringvormige holte die gevormd is tussen de lip 19 en de stomp 20. De stomp 20 steekt door het gat in de schijf 21, en op 35 de stomp 20 is een moer 23 gedraaid om de schijf stevig op de zuiger 18 vast te zetten. De schijf 21 heeft een uitwendige middellijn die iets groter is dan de middellijn van de klepzitting 15 zodat, wanneer de zuiger 18 zich in de in Fig. 9 getekende onderste stand bevindt, de schijf 21 de zitting 15 raakt en de klep sluit.

800 0 4 32 - k -

Het gedeelte van de boring in de kap 11 boven de zuiger 18 vormt een kamer 26. Een stuurdoorgang 27 loopt geheel door de zuiger 18 vanaf de kamer 26 naar de opening 1^+, en de ruimte onder de klepzitting 15 mondt uit bij de uitlaatpoort 13· Op de kap 11 5 is een elektrische wikkeling 28 aangebracht die een verticaal verplaatsbaar anker 29 omgeeft. Wanneer de wikkeling 28 niet bekrachtigd wordt zorgt een drukveer 30 ervoor dat het anker 29 naar beneden gehouden wordt, en dan ligt een stuurkleporgaan, dat door het ondereinde van het anker 29 wordt gedragen, op de zuiger 18 voor het 10 afsluiten van het boveneinde van de stuurdoorgang 27· Bij de bekende kleppen sijpelt voortdurend fluïdum met hoge druk tussen de zuiger 18 en de wand van de boring in de kap 11 door vanaf de inlaatpoort 12 naar de kamer 26, zodat de kamer wordt gevuld met fluïdum op hoge druk. Ook wordt dikwijls een aflaatdoorgang met kleine middellijn 15 aangebracht in de kap 11, waardoor voortdurend fluïdum met hoge druk naar de kamer 26 vloeit. Als gevolg daarvan wordt netto een beneden-waards gerichte kracht uitgeoefend op de zuiger, waardoor de klep gesloten wordt gehouden. Wanneer de wikkeling 28 wordt bekrachtigd, wordt het anker 29 opgelicht van de zuiger 18 zodat de stuurdoorlaat 20 27 wordt geopend. Omdat het doorstroomoppervlak van de sijpelverbin-ding rondom de zuiger 18, of van de aflaatdoorgang, kleiner is dan het doorstroomoppervlak van de stuurdoorlaat 27, stroomt het fluïdum met hoge druk in de kamer 26 sneller door de doorlaat 27 naar de uitlaatpoort dan het fluïdum bij de hoge druk door de aflaatdoorgang 25 naar de kamer 26 stroomt, waardoor de druk in de kamer 26 wordt verlaagd. Als gevolg daarvan is de netto op de zuiger 18 uitgeoefende kracht nu bovenwaards gericht en zal de zuiger 18 de schijf 21 oplichten van de zitting 15» waardoor de hoofdklep opengaat. De hoofd-klep blijft open totdat de bekrachtiging van de spoel 28 wordt weg-30 genomen, op welk moment het ondereinde van het anker 29 het boveneinde van de stuurdoorlaat 27 weer afsluit. Hierdoor wordt verdere stroming van de fluïdum van kamer 26 naar uitlaatpoort 13 voorkomen. Er blijft echter fluïdum met hoge druk weglopen naar de kamer 26, zodat dus in die kamer fluïdumdruk wordt opgebouwd met als gevolg 35 dat de zuiger 18 naar beneden gaat totdat de schijf 21 op de zitting 15 terechtkomt en de klep wordt gesloten.

Een gedeelte van een klep soortgelijk aan die volgens Fig. 9, met toepassing van de uitvinding, is weergegeven in Fig. 1 tot 5· Een omgekeerd komvormige houder ^8, met een bovenzijde ^9 en 800 0 4 32 t i - 5 - een doorlopende ringvormige zijwand 50, is verticaal verplaatsbaar binnen een ringvormige geleiding en afdichting 51· De geleiding en afdichting is voorzien van een naar buiten stekende flens 52» waarvan de buitenrand bevestigd is tussen het kleplichaam 10 en de kap 5 11, en een lip 53 concentrisch met de klepzitting 15« De bovenwand ^9 van de houder W is voorzien van een gat 5^ dat correspondeert met een gat in een veerkrachtige schijf b2. De houder kS en de schijf k2 vormen te zamen het hoofdkleporgaan van de klep. De bovenwand *f9 is vervormd tot een afgeknotte kegelvorm om het gat 5^> zo-10 dat de bovenrand om dit gat heen een zitting vormt die samenwerkt met het stuurkleporgaan dat wordt gedragen door het ondereinde van het anker 29« Zo komen de onderling gericht liggende gaten 5^ en k3 overeen met de stuurdoorlaat 27 uit Fig. 9«

Volgens de uitvinding wordt een aflaatdoorgang gedeel-15 telijk gevormd door een sleuf 57 die aangebracht is in de buitenzijde van de zijwand 50 van de houder A-8. In deze uitvoeringsvorm heeft de sleuf 57 over een hele lengte een gelijkmatige breedte maar loopt de diepte schuin toe, dat wil zeggen de afmeting in radiale richting van de ringvormige zijwand 50. De schuinte is zodanig dat het opper-20 vlak van de dwarsdoorsnede van de sleuf 57 geleidelijk toeneemt vanaf het einde dat het verst ligt van de klepzitting 15 naar het einde dat het dichtst bij de klepzitting ligt, dat wil zeggen vanaf het boveneinde naar het ondereinde in Fig. 1 tot 5« De aflaatdoorgang 58 (zie Fig. A-) is het oppervlak dat wordt bepaald door de sleuf 25 57 en de daar tegenover liggende binnenzijde 59 van de lip 53 van de geleiding en afdichting 51·

Fluïdum met hoge druk stroomt van het gebied van hoge druk rondom het uitwendige van de klepzitting 15 door de aflaatdoorgang 58 naar de kamer 26. Wanneer de hoofdklep gesloten is (Fig. 1 50 en is het doorstroomoppervlak van deze aflaatdoorgang het kleinst omdat het einde van de sleuf 57 met de kleinste dwarsdoorsnede ligt tegenover het vlak 59 van lip 53« Wanneer het hoofdkleporgaan van de klepzitting 15 omhoog gaat om de klep te openen wordt het doorstroomoppervlak van de aflaatdoorgang 58 geleidelijk groter, omdat 35 een steeds groter wordend doorsnede oppervlak van de sleuf 57 langs het vlak 59 beweegt. Wanneer het hoofdkleporgaan de bovenste grens van zijn beweging bereikt (Fig. 3) heeft de aflaatdoorgang 58 het grootste doorstroomoppervlak, omdat het gedeelte van de sleuf 57 met het grootste dwarsdoorsnede-oppervlak tegenover het vlak 59 ligt.

Ann n4 32 - 6 -

Hoe groter het doorstroomoppervlak van de doorlaat 58, hoe hoger de stroomsnelheid van het fluïdum met hoge druk naar de kamer 26.

Wanneer dus de klep lang genoeg gesloten geweest is om een even hoge druk tot stand te brengen in het gebied rondom het 5 uitwendige van de klepzitting 15 en in de kamer 26, en wanneer dan de stuurklep wordt geopend (Fig. 2) begint het fluïdum met hoge druk in de kamer 26 onmiddellijk de stuurdoorlaat 54, 43 uit te stromen. Betrekkelijk weinig fluïdum met hoge druk komt de kamer 26 binnen door de aflaatdoorgang 58, omdat het doorstroomoppervlak daarvan 10 minimaal is. De druk in de kamer 26 zal dan ook zeer snel dalen en als gevolg daarvan begint het hoofdkleporgaan zeer snel na het openen van de stuurklep op te stijgen vanaf de zitting 15· Omdat het hoofdkleporgaan omhoog gaat neemt het doorstroomoppervlak van de aflaatdoorgang 58 toe en komt het fluïdum met hoge druk met gelei-15 delijk groter wordende snelheid de kamer 26 binnen. Deze toenemende stroming van fluïdum met hoge druk naar de kamer 26 vertraagt de beweging van het hoofdkleporgaan, zodat de bovenzijde 49 van de houder 48 terecht komt tegen de wand 60, zoals weergegeven in Fig. 5, terwijl hij met betrekkelijk lage snelheid beweegt.

20 Als, wanneer de klep open is (Fig. 3) de stuurklep wordt gesloten, dat wil zeggen het anker 29 naar beneden gaat zodat het ondereinde het afgeknot kegelvormige gedeelte van de bovenzijde 49 bereikt om de stuurdoorgang 54 - 43 af te sluiten, vloeit fluïdum met hoge druk de kamer 26 in met een betrekkelijk hoge snelheid, 25 omdat het doorstroomoppervlak van de aflaatdoorgang 58 maximaal is.

De druk in de kamer 26 zal dan ook zeer snel stijgen en als gevolg daarvan begint het hoofdkleporgaan zeer snel na het sluiten van de stuurklep naar de klepzitting 15 te bewegen. Wanneenhet hoofdkleporgaan verder beweegt naar de klepzitting toe, neemt het doorstroom-30 oppervlak van de aflaatdoorgang 58 af en komt fluïdum met hoge druk de kamer 26 binnen met geleidelijk afnemende snelheid. Deze afnemende stroming van fluïdum met hoge druk naar de kamer 26 vertraagt de beweging van het hoofdkleporgaan, zodat schijf 42 uiteindelijk de zitting 15 bereikt terwijl hij met betrekkelijk lage snelheid be-35 weegt.

Hoewel in Fig. 1 tot 5 slechts één sleuf 57 is weergegeven, kan men op meerdere punten langs de omtrek van de zijkant 50 dergelijke sleuven aanbrengen.

Om de klep sneller te laten openen naar aanleiding van het openen van de stuurklep, en om de beweging van het hoofd- 8000432 - 7 - kleporgaan te vertragen wanneer het de klepzitting 15 nadert bij sluiting van de klep, kan een sleuf 57' worden gebruikt zoals weergegeven in Fig. 6. Terwijl sleuf 57 in Fig. 1 tot 5 zich uitstrekt over in hoofdzaak de volle hoogte van de wand 50» strekt sleuf 57’ 5 in Fig. 6 zich slechts uit over een gedeelte van de hoogte van de wand 50. Als gevolg daarvan zal, na het openen van de stuurklep maar voor het opengaan van de hoofdklep, slechts het fluïdum met hoge druk dat doorsijpelt tussen de wand 50 en het vlak 59 de kamer 26 binnenkomen, en deze doorsijpeling heeft een zeer lage stromings-10 snelheid. De druk in de kamer 26 telt dan ook zeer snel. Bij het sluiten van de hoofdklep vanuit een open toestand beweegt het hoofd-kleporgaan eerst zeer snel omdat de druk in de kamer 26 snel wordt opgebouwd. De snelheid van de drukstijging neemt echter af wanneer het hoofdkleporgaan de klepzitting 15 nadert, zodat het hoofdklep-15 orgaan dus zal vertragen voordat het de zitting bereikt. De lengte van de sleuf 57’ kan worden aangepast aan de speciale omgeving waarin de klep moet worden gebruikt om de precies gewenste bewegings-snelheid van het hoofdkleporgaan te geven over de hele slag daarvan. De beweging van het kleporgaan kan ook worden geregeld door het 20 aantal sleuven 57 dat in elke wand 50 wordt gebruikt, en door de hoek van het schuine verloop van de sleuf of sleuven. Verder kan men, wanneer meer dan één sleuf wordt gebruikt, de sleuven verschillende lengten geven.

In Fig. 1 tot 6 loopt de sleuf 57, 57' schuin in de 25 radiale richting van de wand 50» zodat de diepte van de sleuf langs de lengte varieert. Een alternatieve uitvoering is weergegeven in Fig. 7 en 8, waarin de sleuf 157 een gelijkmatige diepte heeft over zijn gehele lengte (zie Fig. 8) maar axiaal schuin loopt, zodat de breedte van de sleuven wisselt langs de lengte ervan. Het gevolg 30 op de werking van de klep is precies hetzelfde als hierboven beschreven voor de klep 57« Ook hier kan meer dan één sleuf worden gebruikt en behoeft de sleuf zich niet noodzakelijk uit te strekken over de gehele hoogte van de wand 50· Verder dient te worden vermeld dat een sleuf kan worden gebruikt die zowel in breedte als in diepte 35 schuin verloopt.

In Fig. 1 tot 8 is de sleuf 57, 57' gevormd in de cilindrische buitenzijde van de houder 48, dat wil zeggen in de buitenzijde van het hoofdkleporgaan. Het is ook mogelijk om een schuin lopende sleuf aan te brengen die het ringvormige oppervlak anno* 32 - 8 - waardoor de beweging van het hoofdkleporgaan wordt geleid. Zoals weergegeven in Fig. 9 is bij voorbeeld een sleuf 53 die in de diepte schuin loopt aangebracht in het oppervlak van de boring in de kap 11 waarbinnen de zuiger 18 beweegt. De sleuf 63 heeft een toenemen-5 de diepte met toenemende afstand vanaf de klepzitting 15. De aflaat-doorgang wordt bepaald door de sleuf en het gedeelte van het buitenvlak van de verende O-ring 6k als afdichting, die de zuiger 18 omgeeft tegenover de sleuf. Hoe verder dus de zuiger 18, en dus de klepschijf 21, beweegt vanaf de klepzitting 15, hoe groter de door-10 gang voor de aflaat. Zo zal het effect van de aflaatdoorgang met wisselend doorstroomoppervlak precies hetzelfde zijn als hierboven beschreven aan de hand van Fig. 1 tot 5·

Verder kan, zoals vermeld met betrekking tot sleuf 571 57’> de sleuf 63 zo lang worden gemaakt als wenselijk is voor 15 een bepaald gebruik, om aan de zuiger 18 de gewenste verplaatsings-snelheid te geven. Bovendien kan men meer dan een sleuf 63 gebruiken, met dezelfde lengte of verschillende lengten. Ook kan de sleuf 63 in breedterichting schuin verlopen in plaats van in de diepte, en kan de hoek van het schuine verloop worden gevarieerd om aan be-20 paalde eisen te voldoen.

800 0 432

Claims (7)

1. Klep, omvattend: a. een kleplichaam met een inlaatpoort om te worden verbonden met een gebied van hoge druk, een uitlaatpoort om te 5 worden verbonden met een gebied van lage druk, en tussen deze poorten een opening die omgeven wordt door een klepzitting, b. een hoofdkleporgaan dat verplaatsbaar is tot in en buiten aanraking met de klepzitting voor het sluiten respectievelijk openen van de klep, 10 c. een kamer binnen het kleplichaam aan de zijde van het hoofdkleporgaan welke ligt tegenover de zijde die gekeerd is naar de klepzitting, d. een stuurklep voor het regelen van de verbinding tussen deze kamer en een gebied waar de druk laag is in vergelijking 15 met de hoge druk aan de inlaatpoort, en e. een aflaatdoorgang waardoor heen de inlaatpoort in verbinding staat met de kamer, gekenmerkt doordat de aflaatdoorgang een wisselend oppervlak van dwarsdoorsneden heeft dat geleidelijk groter wordt 20 langs de lengte ervan, zodanig dat het doorstroomoppervlak door deze doorlaat het kleinst is wanneer de hoofdklep gesloten is, en het grootst wanneer de hoofdklep open is.

2. Klep volgens conclusie 1, met een ringvormig vast oppervlak voor het geleiden van de beweging van het hoofdkleporgaan, 25 met het kenmerk, dat het hoofdkleporgaan een cilindrisch oppervlak heeft dat in glijdend contact is met het vaste oppervlak, en dat de aflaatdoorgang bestaat uit een sleuf die gevormd is in een van de genoemde vlakken.

3· Klep volgens conclusie 2, met het kenmerk, 30 dat de aflaatdoorgangssleuf schuin loopt vanaf een maximale breedte aan een einde naar een minimale breedte aan het andere einde. k. Klep volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de aflaatdoorgangssleuf radiaal schuin loopt ten opzichte van het oppervlak waarin hij is aangebracht. 35 5· Klep volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de aflaatdoorgangssleuf axiaal schuin loopt ten opzichte van het oppervlak waarin hij is aangebracht.

6. Klep volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het hoofdkleporgaan een omgekeerd komvormig orgaan is dat een 80 0 0 4 32 - 10 - verende klepschijf bevat, en voorzien van een ringvormige lipaf-dichting die dit komvormige orgaan omgeeft voor het geleiden van de beweging daarvan, en waarbij de aflaatdoorgang wordt gevormd door een sleuf in het oppervlak van het komvormige orgaan dat gekeerd 5 is naar de lipafdichting.

7. Klep volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de sleuf die de aflaatdoorgang vormt schuin loopt vanaf een van zijn uiteinden naar het andere, waarbij het einde dat het dichtst bij de klepzitting ligt het grootste is.

8. Klep volgens conclusie 1, waarin het kleplichaam een boring heeft waarbinneiyhet hoofdkleporgaan glijdbaar is, met het kenmerk, dat de aflaatdoorgang wordt gevormd door een sleuf in de wand van de boring.

9. Klep volgens conclusie 8, met het kenmerk, 15 dat de sleuf die de aflaatdoorgang vormt schuin loopt van het ene einde naar het andere, waarbij de sleuf het breecfefce is aan het einde dat het verst van de klepzitting afgelegen is. 800 0 4 32