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Druckregler für strömende Medien
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler für strömende Medien, mit einem Regelventil, dessen Verschlusskörper in Öffnungsrichtung durch eine Federkraft belastet ist, die auf eine Membran wirkt, welche über einen Stössel mit dem Verschlusskörper in Verbindung steht und auf der der Federkraft gegenüberliegenden Seite durch einen vom Ausgangsdruck des Reglers abhängigen Gegendruck beaufschlagt ist, wobei der Stössel einen axialen Kanal aufweist, der in den Raum unterhalb der Membran mündet und im Bereich des Ventilsitzes über wenigstens eine radiale Bohrung mit der Ausgangsseite des Reglers in Verbindung steht.
Bekanntlich sind bei den Druckreglern dieser Bauart besondere Vorkehrungen erforderlich, um eine Änderung der Regelcharakteristik in Abhängigkeit von der Durchflussmenge zu verhindern. Diese Regelabweichungen sind darauf zurückzuführen, dass sich die auf die Membran wirkende Federkraft mit der jeweiligen Stellung des Verschlusskörpers des Regelventils verändert, u. zw. auf Grund der dabei auftretenden Längenänderungen der Feder. Es werden daher Einrichtungen vorgesehen, die bei grösser werdendem Ventilhub die Verringerung der Federkraft dadurch kompensieren, dass die auf den Verschlusskörper des Regelventils in Öffnungsrichtung wirkende Kraft entsprechend vergrössert wird.
Bei einer bekannten Ausführung ist auf der Ausgangsseite des Druckreglers kurz vor der Anschlussbohrung für die wegführende Leitung eine Querschnittsverengung vorgesehen, in welcher sich die Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Durchflussmenge ändert und die über einen durch ein in die Querschnittsverengung ragendes Rohr gebildeten kleinen Kanal mit einem auf der Unterseite der Membran liegenden Raum in Verbindung steht. Dadurch wird mit steigender Strömungsgeschwindigkeit in der Querschnittsverengung und damit bei einer Vergrösserung der Durchflussmenge durch den Regler der im Raum unterhalb der Membran herrschende Druck, der der Federkraft entgegenwirkt, verringert, so dass die Abnahme der Federkraft kompensiert wird.
Diese Einengung des Strömungsquerschnittes bedingt aber eine Vergrösserung des Durchströmwiderstandes und eine Herabsetzung der maximal möglichen Durchflussmenge durch den Regler.
Andere bekannte Ausführungen verwenden eine Venturi-Einrichtung, um mit wachsendem Hub des Verschlusskörpers des Regelventils eine Entlastung des Steuergliedes zu erzielen. Dabei ist der an den Ventilsitz anschliessende Gehäuseabschnitt, der vom Stössel zur Betätigung des Verschlusskörpers durchsetzt ist, als in Strömungsrichtung divergierender Kanal düsenartig ausgebildet. Ausserdem ist der Ventilverschlusskörper mit einem Kolben versehen, der auf der dem Stössel abgewendeten Seite in einer Zylinderbohrung des Gehäuses geführt ist. Diese Zylinderbohrung steht über einen im Stössel vorgesehenen axialen Kanal mit der an den Ventilsitz in Strömungsrichtung anschliessenden Düse in Verbindung.
Bei einer Vergrösserung der Strömungsgeschwindigkeit in der Düse wird die dadurch entstehende Druckverringerung auf die Unterseite des Kolbens übertragen, so dass eine von der Durchflussmenge abhängige Zugkraft aut den Verschlusskörper des Ventils ausgeübt wird. Um eine Verstärkung der Venturiwirkung zu erzielen, ist es bei einem solchen Druckregler auch schon bekannt, den in der Düse angeordneten Teil des Stössels mit einem in Strömungsrichtung stetig zunehmenden Querschnitt
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auszubilden. Auch bei diesen bekannten Ausführungen wird der Durchströmquerschnitt des Reglers eingeengt, wobei zur Verhinderung von nachteiligen Druckverlusten ein Diffusor nachgeschaltet werden müsste, welcher einen zusätzlichen Raumbedarf erfordern würde.
Ausserdem ist der Querschnitt des an den Verschlusskörper angesetzten Kolbens im Vergleich zum Querschnitt der Membran, die hiebei dauernd vom vollen Ausgangsdruck beaufschlagt ist, verhältnismässig gering, so dass zur Erzielung einer ausreichenden Kompensationswirkung eine verhältnismässig grosse Druckverringerung erforderlich ist, die nur durch entsprechende Einengung des Durchströmquerschnittes erreicht werden kann.
Ferner ist es bei Membrandruckreglern bekannt, im Ventilstössel einen axialen Kanal vorzusehen, der im Bereich des Ventilsitzes über eine radiale Bohrung mit der Ausgangsseite des Reglers und an seinem andern Ende mit dem Raum unterhalb der Membran in Verbindung steht. über diesen Kanal wird an der Unterseite der Membran stets der geregelte Druck aufrechterhalten. Eine Kompensation der bei steigender Durchsatzmenge durch den Regler auftretenden Verringerung der Federkraft wird dadurch aber nicht erzielt.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines verbesserten Druckreglers dieser Bauart, der eine wirksame Einrichtung zur Anpassung der Charakteristik des Reglers an die jeweilige Durchflussmenge aufweist, ohne dass hiezu eine nachteilige Einengung des Durchströmquerschnittes erforderlich ist. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Stössel im Bereich der radialen Bohrung mit einer Strömungsablösestelle, z. B. einem quer zur Strömungsrichtung angeordneten Rohr, einer Einschnürung oder/und einem vorspringenden Kragen, versehen ist.
Die Strömungsablösestelle bewirkt, dass beim Durchfluss des Mediums durch den Druckregler an der Mündungsstelle der radialen Bohrung eine Druckverminderung entsteht, die von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Ringspalt des Ventils abhängt und mit steigender Strömungsgeschwindigkeit zunimmt. Über den axialen Kanal im Stössel wird dadurch im Raum unterhalb der Membran eine mit der Durchsatzmenge durch das Regelventil ansteigende Druckverringerung relativ zum Ausgangsdruck des Reglers erzielt, so dass die Verkleinerung der Federkraft, die durch die Längenänderung der Feder beim Abheben des Verschlusskörpers vom Ventilsitz entsteht, kompensiert wird. Die Charakteristik des Druckreglers ist deshalb von der jeweiligen Durchsatzmenge weitgehend unabhängig.
Wie bei einigen bekannten Ausführungen kann auch beim erfindungsgemässen Druckregler der Verschlusskörper des Regelventils zusätzlich mit einem Ausgleichskolben versehen und dessen Unterseite mit dem verringerten Druck beaufschlagt sein, welcher vorteilhaft über einen axialen Kanal im Stössel zugeführt wird, wodurch die Kompensationswirkung noch weiter verbessert werden kann.
Wie Versuche gezeigt haben, erfolgt bei der erfindungsgemässen Anordnung mit steigender Durchflussmenge durch den Regler ein verhältnismässig starker Anstieg der Druckverringerung, was bei einer hohen Druckdifferenz zwischen dem Eingangs-und dem Ausgangsdruck zu einer Oberkompensation und zu Schwingungen führen kann. Um dies zu vermeiden, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung parallel zu der von der Strömungsablösestelle ausgehenden, durch den Stössel führenden Verbindung zwischen dem Raum unterhalb der Membran und der Ausgangsseite des Reglers ein Verbindungskanal vorgesehen sein, in den eine vorzugsweise einstellbare Drossel eingebaut ist.
Mit Hilfe der eingebauten Drossel kann der Überströmquerschnitt den jeweiligen Betriebsverhältnissen entsprechend so eingestellt werden, dass gerade keine Überkompensation erfolgt und Schwingungen vermieden werden, wodurch eine genaue Anpassung der Charakteristik des erfindungsgemässen Druckreglers an die jeweiligen Anforderungen ermöglicht wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen Fig. 1 einen axialen Mittelschnitt durch einen erfindungsgemässen Druckregler, die Fig. 2 und 3 je ein abgeändertes Detail des Druckreglers nach Fig. 1 im axialen Mittelschnitt und Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie 1 V -I V in Fig. 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Druckregler weist ein Gehäuse--l--mit einem haubenförmigen
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--3--PATENTANSPRÜCHE :
1. Druckregler für strömende Medien, mit einem Regelventil, dessen Verschlusskörper in Öffnungsrichtung durch eine Federkraft belastet ist, die auf eine Membran wirkt, welche über einen Stössel mit dem Verschlusskörper in Verbindung steht und auf der der Federkraft gegenüberliegenden Seite durch einen vom Ausgangsdruck des Reglers abhängigen Gegendruck beaufschlagt ist, wobei der Stössel einen axialen Kanal aufweist, der in den Raum unterhalb der Membran mündet und im Bereich des Ventilsitzes über wenigstens eine radiale Bohrung mit der Ausgangsseite des Reglers in Verbindung
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Pressure regulator for flowing media
The invention relates to a pressure regulator for flowing media, with a control valve, the closing body of which is loaded in the opening direction by a spring force that acts on a membrane which is connected to the closing body via a plunger and on the side opposite the spring force by a counterpressure depending on the output pressure of the regulator is applied, the plunger having an axial channel which opens into the space below the membrane and is connected to the output side of the regulator in the area of the valve seat via at least one radial bore.
As is well known, special precautions are required with pressure regulators of this type in order to prevent a change in the regulating characteristics as a function of the flow rate. These control deviations are due to the fact that the spring force acting on the membrane changes with the respective position of the closing body of the control valve, and the like. zw. Due to the resulting changes in length of the spring. Devices are therefore provided which, as the valve lift increases, compensate for the reduction in the spring force in that the force acting on the closing body of the control valve in the opening direction is correspondingly increased.
In a known embodiment, a cross-sectional constriction is provided on the outlet side of the pressure regulator shortly before the connection bore for the line leading away, in which the flow rate changes depending on the flow rate and which opens up via a small channel formed by a tube protruding into the cross-sectional constriction the underside of the membrane is in communication. As a result, with increasing flow velocity in the cross-sectional constriction and thus with an increase in the flow rate through the regulator, the pressure prevailing in the space below the membrane, which counteracts the spring force, is reduced, so that the decrease in the spring force is compensated.
This narrowing of the flow cross-section causes an increase in the flow resistance and a reduction in the maximum possible flow rate through the regulator.
Other known designs use a Venturi device in order to achieve a relief of the control member as the stroke of the closing body of the control valve increases. The housing section adjoining the valve seat, through which the plunger for actuating the closure body passes, is designed as a nozzle-like channel diverging in the direction of flow. In addition, the valve closure body is provided with a piston which is guided in a cylinder bore of the housing on the side facing away from the tappet. This cylinder bore is connected to the nozzle adjoining the valve seat in the flow direction via an axial channel provided in the plunger.
When the flow velocity in the nozzle is increased, the resulting pressure reduction is transferred to the underside of the piston, so that a tensile force dependent on the flow rate is exerted on the closing body of the valve. In order to achieve an intensification of the Venturi effect, it is already known in such a pressure regulator to have the part of the plunger arranged in the nozzle with a cross-section that increases continuously in the direction of flow
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to train. In these known designs, too, the flow cross-section of the regulator is narrowed, and a diffuser would have to be connected downstream to prevent disadvantageous pressure losses, which would require additional space.
In addition, the cross-section of the piston attached to the closure body is relatively small compared to the cross-section of the diaphragm, which is constantly subjected to the full output pressure, so that a relatively large pressure reduction is required to achieve a sufficient compensation effect, which can only be achieved by a corresponding narrowing of the flow cross-section can be reached.
It is also known in diaphragm pressure regulators to provide an axial channel in the valve stem, which in the area of the valve seat communicates with the outlet side of the regulator via a radial bore and at its other end with the space below the diaphragm. The regulated pressure is always maintained on the underside of the membrane via this channel. However, this does not compensate for the reduction in the spring force that occurs when the throughput rate increases by the controller.
The aim of the invention is to create an improved pressure regulator of this type, which has an effective device for adapting the characteristics of the regulator to the respective flow rate without the need for a disadvantageous narrowing of the flow cross-section. According to the invention this is achieved in that the plunger in the area of the radial bore with a flow separation point, for. B. a tube arranged transversely to the flow direction, a constriction and / or a protruding collar is provided.
The flow separation point has the effect that when the medium flows through the pressure regulator at the opening point of the radial bore, a pressure reduction occurs which depends on the flow velocity of the medium in the annular gap of the valve and increases with increasing flow velocity. Via the axial channel in the plunger, a pressure reduction, which increases with the flow rate through the control valve, is achieved in the space below the diaphragm relative to the output pressure of the regulator, so that the reduction in the spring force, which occurs due to the change in length of the spring when the closure body is lifted off the valve seat is compensated. The characteristics of the pressure regulator are therefore largely independent of the respective throughput.
As with some known designs, the closing body of the control valve in the pressure regulator according to the invention can also be provided with a compensating piston and its underside can be subjected to the reduced pressure, which is advantageously supplied via an axial channel in the plunger, whereby the compensating effect can be further improved.
As tests have shown, with the arrangement according to the invention, with increasing flow rate through the regulator, there is a relatively strong increase in pressure reduction, which can lead to overcompensation and oscillations if there is a high pressure difference between the inlet and outlet pressure. To avoid this, in a further embodiment of the invention, a connection channel can be provided in which a preferably adjustable throttle is installed parallel to the connection between the space below the membrane and the output side of the regulator, which starts from the flow separation point and runs through the plunger.
With the help of the built-in throttle, the overflow cross-section can be set according to the respective operating conditions so that no overcompensation occurs and vibrations are avoided, which enables the characteristics of the pressure regulator according to the invention to be precisely adapted to the respective requirements.
Further details of the invention can be found in the following description of exemplary embodiments which are shown in the drawings. 1 shows an axial center section through a pressure regulator according to the invention, FIGS. 2 and 3 each show a modified detail of the pressure regulator according to FIG. 1 in axial center section, and FIG. 4 shows a partial section along the line 1 V -IV in FIG. 1 .
The pressure regulator shown in Fig. 1 has a housing - 1 - with a hood-shaped
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--3 - PATENT CLAIMS:
1. Pressure regulator for flowing media, with a control valve, the closing body of which is loaded in the opening direction by a spring force that acts on a membrane which is connected to the closing body via a plunger and on the side opposite the spring force by one of the output pressure of the regulator dependent counterpressure is applied, the plunger having an axial channel which opens into the space below the membrane and in the area of the valve seat via at least one radial bore with the output side of the regulator in connection
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