Die Erfindung betrifft ein zum Absperren eines strömenden Mediums, einer Flüssigkeit oder eines Gases geeignetes Membranventil.
Die Erfindung kann ihre Anwendung in verschiedenen Industriezweigen finden, insbesondere aber bei Flüssigkeitssystemen, bei welchen der Einsatz von magnetischen Ventilen grosser Nennweite erforderlich ist, die ohne hydraulische Schläge arbeiten.
Es ist ein Membranventil bekannt, das ein Gehäuse mit einer durch eine Trennwand in einen Eintritts- und Austrittsteil unterteilten Raum und eine Durchgangsöffnung enthält, wobei die Durchgangsöffnung durch einen Ventilteller abgesperrt wird, der mit einem Membranträger und einer unterhalb dieses Trägers befindlichen elastischen Membran verbunden ist, welche zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventildeckel eingespannt ist.
Diese Ventile besitzen einen Elektromagnetantrieb und werden weitgehend bei der Steuerung der Ströme von flüssigen und gasförmigen Medien verwendet. Durch die elastische Membran erfolgt die Einteilung des Eintrittsteiles des Ventils in einen Membranober- und Membranunterraum, welche Räume durch eine Überströmbohrung des Ventiltellers miteinander in Verbindung stehen. Im Ventildeckel ist eine Ausgleichsöffnung vorgesehen, die durch den Anker des Elek tromagnetantriebes gesperrt wird.
Dies sind die sogenannten nicht gebundenen Konstruktionen, in welchen der Stellmechanismus, d. h. der Elektromagnetantrieb, den Ventilteller, der die Durchgangsöffnung abschliesst, nicht direkt steuert.
Bei der Ventilöffnung, d. h. bei der Aufwärtsbewegung des Ventiltellers zusammen mit der Membran und dem Träger infolge des Druckunterschiedes in dem Eintritts- und dem Austrittsteil gelangt das Medium rasch in den Austrittshohlraum niedrigen Drucks, wodurch bei erhöhter Geschwindigkeit und Durchlaufmenge des Mediums ein hydraulischer Schlag entsteht, was insbesondere bei grossem Volumen der Hohlräume in Ventilen mit beträchtlicher Nennweite der Fall ist.
Die Aufhebung der Abhängigkeit der Geschwindigkeit und der Hubhöhe des Ventiltellers von der Durchlaufmenge des Mediums, seiner Geschwindigkeit und seines Druckes in der Rohrleitung vor und hinter dem Ventil durch Auswahl von Durchmessern der Überströmbohrung und der Ausgleich öffnung ist aus folgenden Gründen erschwert.
Die Kleinstdurchmesser der Überström- und Ausgleichöffnung sind durch fertigungstechnische Schwierigkeiten bei der Bohrung von Öffnungen geringer Durchmesser und grosser Länge schwer realisierbar. Der Kleinstdurchmesser dieser Öffnungen schwankt praktisch im Bereich von 0,8 bis 1 mm. Darüber hinaus ist die Durchmessergrösse der Ausgleich öffnung durch die Zugkraft des Elektromagnets begrenzt.
Praktisch liegt der Durchmesser der Ausgleichöffnung im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm.
Bei grösseren Durchmessern der Ausgleichöffnung ist die Anwendung des Elektromagnetantriebes bei einem Mediumdruck von 5 bis 6 kplcm2 aus wirtschaftlichen Gründen unzweckmässig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Membranventil zu schaffen, das unabhängig von der Durchlaufmenge des Mediums, seiner Geschwindigkeit und seines Druckes vor und hinter dem Ventil ohne hydraulische Schläge arbeitet.
Diese Aufgabe ist durch ein Membranventil gelöst, das ein Gehäuse mit einer durch eine Trennwand in einen Eintritts- und Austrittsteil unterteilten Raum und eine Durchgangsöffnung enthält, wobei die Durchgangsöffnung durch einen Ventilteller abgesperrt wird, der mit einem Membranträger und einer unterhalb dieses Trägers befindlichen elastischen Membran verbunden ist, welche zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventildeckel eingespannt ist.
Erfindungsgemäss verläuft am Umfang des Membranträgers ein zur Trägerfläche senkrecht angeordneter Ringteil, der zusammen mit dem Ventildeckel und dem Gehäuse einen Spalt bildet, derart, dass der Widerstand des Mediumstroms für eine Dämpfung ausreicht, um die Bewegung des Ventiltellers mit dem Träger und der elastischen Membran zu verlangsamen.
Im Ventil dieser Bauart, wenn es geöffnet bzw. geschlossen wird, d. h. bei Bewegung des Ventiltellers mit der Membran und dem Träger nach oben oder nach unten, bedingt durch den Druckunterschied, wird die Flüssigkeit im durch den Ringteil des Trägers und den Ventildeckel gebildeten Spalt zum Teil gedämpft, wodurch ihre Bewegung beim Übergang aus dem Hohlraum von hohem Druck in den Hohlraum von niedrigem Druck verlangsamt und stabilisiert wird. Somit fehlen in dem erfindungsgemässen Ventil Bedingungen, bei welchen der Flüssigkeitsstrom momentan in den Austrittsraum gelangt, und wenn das Ventil geschlossen wird, stösst der Strom auf kein plötzliches Hindernis.
Einzelheiten der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in welcher Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemässe Ventil zeigt.
Das vorgeschlagene Ventil enthält ein gegossenes Gehäuse 1 mit einer durch eine Trennwand in einen Eintrittsteil A und einen Austrittsteil B eingeteilten Raum. In der Trennwand ist eine Durchgangsöffnung 2 vorgesehen, welche durch einen Ventilteller 3 abgesperrt wird, der einen Tellerboden 4 mit Dichtring 5, eine Spindel 6 mit einem Gewinde an ihrer Aussenfläche und eine Zentrierung 7 enthält.
Längs der Achse des Ventiltellers 3 ist eine zylindrische Bohrung 8 vorgesehen, in welche eine Feder 9 eingebracht ist.
Auf die Spindel 6 des Ventiltellers 3 ist eine Filterscheibe 10 aufgesetzt, die zusammen mit dem Ventilteller 3 einen Spalt bildet, durch welchen in dem Flüssigkeitsstrom enthaltene Feststoffteilchen von zulässiger Grösse hindurchgehen können.
Ferner sind an der Spindel 6 des Ventiltellers 3 unter der Filterscheibe 10 eine ringförmige elastische Membran 11 und ein Membranträger 12 angebracht, indem die elastische Membran 11 durch den Träger 12 mittels einer Mutter 13 und eines Sicherungsbleches 14 gegen die Filterscheibe 10 gedrückt wird.
Mit ihrem Aussenrand ist die ringförmige elastische Membran 11 zwischen einem Ventildeckel 15 und dem Gehäuse 1 mittels Stiftschrauben 16 und Muttern 17 eingespannt. Der Innenrand der Membran 11 ist zwischen dem Träger 12 und der Filterscheibe 10 eingespannt.
Längs der Achse des Deckels 15 ist ein aus dem selben Stück hergestellter Stab 18 vorgesehen, der gegen die Feder 9 drückt.
Durch die elastische Membran 11 wird der Raum des Ventils in einen Membranoberraum C, der durch den Deckel 15, die Oberfläche des Trägers 12 und die Membran 11 begrenzt ist, und in einen Membranunterraum A, der durch die Membran 11, die Seitenfläche des Ventiltellers 3 und die Trennwand des Gehäuses 1 begrenzt ist, eingeteilt.
Oberhalb des Tellerbodens 4 des Ventiltellers 3 verläuft parallel zu diesem eine innerhalb der Spindel 6 vorgesehene Überströmbohrung 19, welche den Membranoberraum C mit dem Membranunterraum A verbindet.
Gemäss der Erfindung stellt der Membrankörper 12 eine flache Scheibe mit einem an seinem Umfang verlaufenden und zu seiner Fläche senkrecht angeordneten Ringteil 20 dar, dessen Höhe vom Durchmesser des Trägers 12 und der Länge seiner Verschiebung abhängig ist. Der Ringteil 20 bildet zusammen mit dem Gehäuse 1 und dem Deckel 15 einen Spalt, dessen Weite von 0,5 bis 4 mm schwankt. Die Verbindungsstelle des Ringteiles 20 mit dem Träger 12 ist abgerundet und die an der Membran anliegende Gesamtfläche des Trägers 12 ist fein bearbeitet, damit keine Beschädigung und kein vorzeitiger Verschleiss der Membran 11 stattfindet. Die Spaltweite richtet sich in jedem konkreten Fall nach dem Widerstand, der im Wege des Flüssigkeitsstromes vorhanden sein muss, um einen hydraulischen Schlag zu verhindern.
Am Ventildeckel 15 ist ein stopfbuchsenloser Elektromagnetantrieb vorgesehen, der ein hermetisch mit einer Stoppeinrichtung 22 verbundenes Trennrohr 21 enthält.
Innerhalb des Trennrohres 21 befindet sich ein frei verschiebbarer Anker 23, der gleichzeitig als Ausgleichschieber dient und eine Ausgleichöffnung 24 absperrt, die im Ventildeckel 15 vorgesehen ist.
Zwischen der Stoppeinrichtung 22 und dem Anker 23 befindet sich eine Feder 25, die zur Bewegung des Ankers 23 beim Ventilschluss beiträgt.
Die Ausgleichöffnung 24 des Ventildeckels 15 steht mit dem Austrittsraum B mittels eines Rohres 26 in Verbindung, welches gleichzeitig als Zentrierstift bei der Montage des Ventils dient.
Im Ventildeckel 15 ist ebenfalls eine Bohrung 27 vorgesehen, durch welche die Verbindung zwischen dem Membranoberraum und dem Hohlraum D erfolgt.
Auf dem Trennrohr 21 ist eine elektromagnetische Spule 28 aufgesetzt, deren Enden durch eine Stopfbuchsendurchfüh rung 29 herausgeführt und an eine Stromquelle (nicht veranschaulicht) angeschlossen sind.
Üblicherweise wird das Ventil an der Rohrleitung montiert und das Medium fliesst entsprechend dem Pfeil im Gehäuse 1 zum Ventilteller.
Die Wirkungsweise des Ventils ist die folgende.
Man montiert das Ventil an der Rohrleitung derart, dass ein Medium in den Eintrittsteil A entsprechend dem an dem Gehäuse 1 enthaltenen Pfeil, nämlich an den Ventilteller gelangt. Durch den ringförmigen Spalt zwischen der Filterscheibe 10 und dem Tellerboden 4 des Ventiltellers 3 sowie durch die Überströmbohrung 19 gelangt das Medium in den Membranoberraum C und dann durch die Bohrung 27 im Ventildeckel 15 in das Trennrohr 21 des Elektromagnetantriebes, indem es den Anker 23 bespült und ihn gegen die Ausgleichöffnung 24 im Ventildeckel 15 presst.
Da das Medium die Hohlräume C und D oberhalb des Ventiltellers 3 und des Ankers 23 ausgefüllt hat, gleicht sich der Druck darin dem Mediumdruck an. Im Hohlraum B sowie in der Ausgleichöffnung 24 fehlt das Medium, wodurch der Ventilteller 3 und der Anker 23 (Ausgleichschieber) gegen die Durchgangsöffnung 2 bzw. die Ausgleichöffnung 24 dichtgedrückt werden und somit ein völlig hermetischer Verschluss sichergestellt ist.
Die Kraft, die für den hermetischen Verschluss erforderlich ist, hängt von der Grösse des Druckunterschiedes in den Hohlräumen C und B von zur Abdichtung der Verschlüsse verwendeten Werkstoffen ab.
Wird der Wicklung der Spule 28 des Elektromagnetantriebes Strom zugeführt, kommt der Anker 23 in seine obere Endstellung, d h. er wird an die Stoppeinrichtung 22 gezogen, wodurch die Ausgleichöffnung 24 geöffnet wird.
Über die Ausgleichöffnung 24 und das Rohr 26 gelangt das Medium aus den Hohlräumen C und D in den Hohlraum B. Dabei fällt der Druck oberhalb der Membran 11, während er unterhalb der Membran 11 gleich dem Mediumdruck bleibt, d. h., ein Druckunterschied entsteht, der die Bewegung des Ventiltellers 3 zusammen mit dem Träger 12 und der Membrane 11 nach oben bis an den Ventildeckel 15 bewirkt, wodurch die Durchgangsöffnung 2 geöffnet wird.
Der Abfluss des Mediums aus den Hohlräumen C und D in den Hohlraum B erfolgt schneller als ein Zufluss aus dem Hohlraum A in die Hohlräume C und D, weil der Durchmesser der Ausgleichöffnung 24 den der Überströmbohrung 19 übersteigt.
Bei der Aufwärtsbewegung des Ventiltellers 3 mit dem Träger 12 und der Membran 11 wird die Flüssigkeit im durch den Ventildeckel 15 und den Bund 20 am Träger 12 gebildeten Spalt gedämpft, d. h. der Spalt bedingt einen zusäztlichen Widerstand gegen den Mediumstrom. Dadurch setzt sich die Geschwindigkeit des Mediumstromes herab und das Medium fliesst ruhig aus dem Hohlraum A hohen Drucks in den Hohlraum B niedrigen Drucks.
Beim ruhigen Überströmen der Flüssigkeit aus dem einen Hohlraum in den anderen entsteht kein Schlag.
Nach Abschaltung der Spule 28 senkt sich der Anker 23, sperrt die Ausgleichsöffnung 24 ab, wonach der Abfluss des Mediums aus dem Hohlraum C aufhört, während sich der Zufluss des Mediums in den Hohlraum C fortsetzt. Aus diesem Grunde sinken die elastische Membran 11 und der Ventiltel ler 3 nach unten und schliessen die Durchgangsöffnung 2.
Beim Schliessen des Ventils geschieht eine Verlangsamung des Flüssigkeitsstromes wegen des Widerstandes im Spalt, der durch den Ringteil 20 und das Gehäuse 1 mit seinem Deckel 15 gebildet ist, vor dem geschlossenen Ventiltel ler 3, wodurch ebenfalls ein hydraulischer Schlag verhütet wird.
Falls die Bewegung des Ankers 23 gegenüber der Stoppeinrichtung 22 sowie die Bewegung des Ventiltellers 3 gegen über dem Gehäuse 1 erschwert ist, so erteilen die jeweiligen Federn 25 und 9 eine für den Beginn der Bewegung erforderliche Kraft.
Das Membranventil der geschilderten Bauart ist betriebssicher und verhindert hydraulische Schläge in den Flüssigkeitssystemen.
The invention relates to a membrane valve suitable for shutting off a flowing medium, a liquid or a gas.
The invention can be used in various branches of industry, but in particular in fluid systems in which the use of magnetic valves of large nominal width is required, which operate without hydraulic shocks.
A diaphragm valve is known which contains a housing with a space divided by a partition into an inlet and outlet part and a passage opening, the passage opening being blocked by a valve disk which is connected to a diaphragm support and an elastic membrane located below this support , which is clamped between the valve housing and the valve cover.
These valves have an electromagnetic drive and are used extensively in controlling the flows of liquid and gaseous media. The elastic membrane divides the inlet part of the valve into an upper and lower membrane space, which spaces are connected to one another through an overflow hole in the valve disk. In the valve cover a compensation opening is provided, which is blocked tromagnetantriebes by the armature of the elec- tromagnetic drive.
These are the so-called unbound constructions in which the adjusting mechanism, i.e. H. the solenoid drive does not directly control the valve disc that closes the passage opening.
At the valve opening, i. H. During the upward movement of the valve disk together with the membrane and the carrier as a result of the pressure difference in the inlet and outlet parts, the medium quickly enters the low-pressure outlet cavity, whereby a hydraulic shock occurs at increased speed and flow rate of the medium, which is especially true in the case of large volumes the cavities in valves with a considerable nominal diameter is the case.
The abolition of the dependence of the speed and the lift height of the valve disk on the flow rate of the medium, its speed and its pressure in the pipeline upstream and downstream of the valve by selecting the diameters of the overflow hole and the compensation opening is made more difficult for the following reasons.
The smallest diameters of the overflow and equalization openings are difficult to achieve due to manufacturing difficulties when drilling openings with small diameters and great lengths. The smallest diameter of these openings practically varies in the range from 0.8 to 1 mm. In addition, the diameter of the compensation opening is limited by the tensile force of the electromagnet.
In practice, the diameter of the compensation opening is in the range from 1.5 to 2.5 mm.
With larger diameters of the compensation opening, the use of the electromagnetic drive at a medium pressure of 5 to 6 kplcm2 is inexpedient for economic reasons.
The invention is based on the object of creating a diaphragm valve which works independently of the flow rate of the medium, its speed and its pressure in front of and behind the valve without hydraulic shocks.
This object is achieved by a diaphragm valve which contains a housing with a space divided by a partition into an inlet and outlet part and a passage opening, the passage opening being blocked by a valve disk which is provided with a diaphragm support and an elastic membrane located below this support is connected, which is clamped between the valve housing and the valve cover.
According to the invention, a ring part which is arranged perpendicular to the carrier surface and which forms a gap together with the valve cover and the housing runs on the circumference of the diaphragm carrier in such a way that the resistance of the medium flow is sufficient to dampen the movement of the valve disk with the carrier and the elastic membrane slow it down.
In the valve of this type, when it is opened or closed, i. H. When the valve disk with the diaphragm and the support is moved upwards or downwards, due to the pressure difference, the liquid in the gap formed by the ring part of the support and the valve cover is partially dampened, causing its movement to move out of the cavity from high pressure in the cavity of low pressure is slowed down and stabilized. Thus, in the valve according to the invention, there are no conditions in which the liquid flow momentarily reaches the outlet space, and when the valve is closed, the flow does not encounter a sudden obstacle.
Details of the invention are explained in more detail from the following description of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing, in which FIG. 1 shows a longitudinal section through the valve according to the invention.
The proposed valve contains a cast housing 1 with a space divided into an inlet part A and an outlet part B by a partition wall. A through opening 2 is provided in the partition wall, which is blocked by a valve disk 3, which contains a disk base 4 with a sealing ring 5, a spindle 6 with a thread on its outer surface and a centering device 7.
A cylindrical bore 8 is provided along the axis of the valve disk 3, into which a spring 9 is inserted.
A filter disk 10 is placed on the spindle 6 of the valve disk 3 and, together with the valve disk 3, forms a gap through which solid particles of a permissible size contained in the liquid flow can pass.
Furthermore, an annular elastic membrane 11 and a membrane carrier 12 are attached to the spindle 6 of the valve disk 3 under the filter disk 10 by pressing the elastic membrane 11 against the filter disk 10 by the carrier 12 by means of a nut 13 and a locking plate 14.
With its outer edge, the annular elastic membrane 11 is clamped between a valve cover 15 and the housing 1 by means of studs 16 and nuts 17. The inner edge of the membrane 11 is clamped between the carrier 12 and the filter disk 10.
A rod 18 made from the same piece is provided along the axis of the cover 15 and presses against the spring 9.
The elastic membrane 11 transforms the space of the valve into an upper membrane space C, which is delimited by the cover 15, the surface of the carrier 12 and the membrane 11, and into a lower membrane space A, which is formed by the membrane 11, the side surface of the valve disk 3 and the partition wall of the housing 1 is delimited, divided.
Above the plate bottom 4 of the valve plate 3, an overflow bore 19 provided within the spindle 6 runs parallel to the latter and connects the upper membrane space C with the lower membrane space A.
According to the invention, the membrane body 12 represents a flat disk with an annular part 20 running on its circumference and arranged perpendicular to its surface, the height of which is dependent on the diameter of the carrier 12 and the length of its displacement. The ring part 20, together with the housing 1 and the cover 15, forms a gap, the width of which varies from 0.5 to 4 mm. The connection point of the ring part 20 with the carrier 12 is rounded and the total surface of the carrier 12 resting against the membrane is finely machined so that the membrane 11 is not damaged and there is no premature wear. The gap width depends in each specific case on the resistance that must be present in the way of the liquid flow in order to prevent hydraulic shock.
Provided on the valve cover 15 is an electromagnetic drive without a stuffing box, which contains a separating tube 21 hermetically connected to a stop device 22.
Inside the separating tube 21 there is a freely displaceable armature 23 which simultaneously serves as a compensating slide and closes off a compensating opening 24 which is provided in the valve cover 15.
Between the stop device 22 and the armature 23 there is a spring 25 which contributes to the movement of the armature 23 when the valve closes.
The compensation opening 24 of the valve cover 15 is connected to the outlet space B by means of a tube 26, which also serves as a centering pin when the valve is installed.
A bore 27 is also provided in the valve cover 15, through which the connection between the upper membrane space and the cavity D takes place.
An electromagnetic coil 28 is placed on the separating tube 21, the ends of which are led out through a stuffing box duct 29 and are connected to a power source (not illustrated).
Usually the valve is mounted on the pipeline and the medium flows to the valve disk as indicated by the arrow in the housing 1.
The operation of the valve is as follows.
The valve is mounted on the pipeline in such a way that a medium reaches the inlet part A according to the arrow on the housing 1, namely the valve disk. Through the annular gap between the filter disk 10 and the plate bottom 4 of the valve disk 3 and through the overflow hole 19, the medium passes into the upper membrane space C and then through the hole 27 in the valve cover 15 into the separating tube 21 of the solenoid drive by flushing and flushing the armature 23 presses it against the compensation opening 24 in the valve cover 15.
Since the medium has filled the cavities C and D above the valve disk 3 and the armature 23, the pressure therein is equal to the medium pressure. The medium is missing in cavity B and in compensating opening 24, whereby valve disk 3 and armature 23 (compensating slide) are pressed tightly against through opening 2 and compensating opening 24, thus ensuring a completely hermetic seal.
The force that is required for the hermetic seal depends on the size of the pressure difference in the cavities C and B of the materials used to seal the seals.
If the winding of the coil 28 of the electromagnetic drive is supplied with current, the armature 23 comes into its upper end position, ie. it is pulled to the stop device 22, whereby the compensation opening 24 is opened.
The medium passes through the equalization opening 24 and the pipe 26 from the cavities C and D into the cavity B. The pressure falls above the membrane 11, while it remains the same as the medium pressure below the membrane 11, i.e. That is, a pressure difference arises, which causes the movement of the valve plate 3 together with the carrier 12 and the membrane 11 up to the valve cover 15, whereby the through opening 2 is opened.
The outflow of the medium from the cavities C and D into the cavity B takes place faster than an inflow from the cavity A into the cavities C and D because the diameter of the compensation opening 24 exceeds that of the overflow hole 19.
During the upward movement of the valve disk 3 with the carrier 12 and the membrane 11, the liquid is damped in the gap formed by the valve cover 15 and the collar 20 on the carrier 12, i. H. the gap causes an additional resistance to the medium flow. This reduces the speed of the medium flow and the medium flows smoothly from cavity A of high pressure into cavity B of low pressure.
When the liquid flows smoothly from one cavity into the other, there is no impact.
After the coil 28 is switched off, the armature 23 lowers, blocks the compensation opening 24, after which the outflow of the medium from the cavity C ceases, while the inflow of the medium into the cavity C continues. For this reason, the elastic membrane 11 and the valve element 3 sink downwards and close the through opening 2.
When the valve is closed, the flow of liquid slows down because of the resistance in the gap formed by the ring part 20 and the housing 1 with its cover 15 in front of the closed Ventiltel ler 3, which also prevents hydraulic shock.
If the movement of the armature 23 with respect to the stop device 22 as well as the movement of the valve disk 3 with respect to the housing 1 is difficult, the respective springs 25 and 9 provide a force required to start the movement.
The diaphragm valve of the type described is operationally safe and prevents hydraulic shocks in the fluid systems.