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Einsitzregelventil mit Druckentlastung des Hauptverschlußstückes Die
Erfindung bezieht sich auf ein Einsitzregelventil mit Druckentlastung und Entspannungsausgleich
für das Öffnen des Hauptverschlußstückes mittels eines vorzugsweise durch eine Membran
über eine Steuerspindel, die durch die hohle Stellspindel und durch das Hauptverschlußstück
ragt, gesteuerten Hilfsventilverschlußstückes, wobei das Hauptverschlußstück mit
einem koaxial zu ihm vorgesehenen, in einem vom Medienstrom abseits liegenden, mit
dem Vordruckraum in Verbindung stehenden Zylinderraum undicht geführten, der Entlastung
dienenden Teil verbunden ist und wobei das Hilfsventil mit dem Verschlußstück in
dem Zylinderraum gelegen ist und die in dem Zylinderraum befindliche Medienmenge
über das Hilfsventil und durch Entlastungskanäle zum Niederdruckraum abströmen kann.
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Bei einem bekannten Einsitzregelventil dieser Art ist das Hauptverschlußstück
als Topf ausgebildet, der in einen gesonderten vom Medienstrom abgekehrten Raum
hineinragt und aus welchem der Druck über ein am Boden des Topfes angeordnetes Hilfsventil
in den Hinterdruckraum abströmen kann. Dabei ist an der Unterseite des Topfes zentral
ein Rohr als Stellspindel angebracht, das die Steuerspindel für das Hilfsventil
enthält und das durch das Ventilgehäuse hindurchgeführt ist. Am Ende des durch das
Ventilgehäuse hindurchgeführten Rohres ist das Membrangehäuse angehängt, das die
Membran für die Steuerung der Steuerspindel des Hilfsventiles enthält. Bei einer
solchen Ausführungsform muß zum Zwecke der Dichtheit das Rohr über eine Stopfbuchsendichtung
durch das Ventilgehäuse hindurchgeführt werden. Da beim Öffnen des als Topf ausgebildeten
Hauptverschlußstückes das Rohr mit angehoben wird, ergeben sich in der Praxis erhebliche
Stopfbuchsenreibungskräfte, die ein sicheres Arbeiten eines solchen Einsitzregelventiles
nicht gewährleisten.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und schafft durch eine besondere
Gestaltung einer Entlastungseinrichtung ein leichtgängiges, vom Vordruck unabhängiges
Regelventil. Das wird dadurch erreicht, daß als der Entlastung dienender undicht
geführter Teil koaxial mit dem als Ventilteller ausgebildeten Hauptverschlußstück
ein an sich bekannter Entlastungskolben gesondert angeordnet ist, hinter dessen
vom Medienstrom abgekehrter Seite der für die Druckentlastung vorgesehene Zylinderraum
(Kolbengehäuse) liegt, und die Zylinderfläche des Entlastungskolbens mit einem an
sich bekannten labyrinthförmigen Mantel versehen ist. Nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung reicht die hohle Stehspindel, auf welcher in üblicher Weise koaxial
der Ventilteller und der Entlastungskolben in Abstand sitzen, bis in das Kolbengehäuse
und die in ihr befindlichen Entlastungskanäle sind unmittelbar über dem Hauptverschlußstück
angeordnet, so daß die bei der Entspannung auftretenden Drücke auf der Hinterseite
des Entlastungskolbens wirksam werden.
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Weitere bauliche Einzelheiten und in den Ansprüchen noch gekennzeichnete
Merkmale der Erfindung sind den beispielsweisen Ausführungsformen zu entnehmen,
die in der Zeichnung näher dargestellt sind.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Einsitzregelventil gemäß
der Erfindung; Fig. 2 zeigt eine andere Ausbildung der Entlastungseinrichtung; Fig.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform.
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Das Regelventil wird bei dem Ausführungsbeispiel durch die vom Steuerdruck
belastete Membran 12 betätigt, wie dies bei Gas-Druckreglern allgemein üblich ist.
Das Hauptverschlußstück, nämlich der Ventilteller 1, ist fest mit der Stehspindel
2 verbunden. Der Vordruck belastet sowohl den Ventilteller 1 als auch die Oberfläche
des an der Stellspindel2 befestigten Entlastungskolbens 3.
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Die Feder 4 greift über den Teller 5 an der Stehspindel 2 an. Hierdurch
entsteht eine nach oben gerichtete Kraft, wodurch der Ventilteller 1 in der Schließlage
gehalten wird. Der Entlastungskolben 3 ist in der zylindrischen Bohrung des Gehäuseteiles
6 geführt. Der Mantel des Entlastungskolbens weist ein Labyrinth-Dichtungssystem
7 auf, durch das sich der Vordruck in den Raum des Kolbengehäuses 8 überträgt. In
der Schließlage des Regelventils herrscht auch im Kolbengehäuse 8 der Vordruck und
der Entlastungskolben 3 ist kraftlos. Hierdurch ergibt sich eine hohe Belastung
des Ventiltellers 1 und damit der
Dichtabschluß des Regelventils.
Die Stellspindel 2 ist als Rohr ausgebildet, in :dem sich die Steuerspindel 9 auf-
und abwärts bewegen kann. Die Steuerspindel 9 ragt oben über die Arbeitsfläche der
Stellspindel2 hinaus. Das untere Ende der Steuerspindel 9 stützt sich gegen das
Verschlußstück 10 des als Druckablaß dienenden Hilfsventils 10' ab, wobei das Verschlußstück
10 in der Schließlage .durch eine Feder 11 gehalten wird.
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Soll das Regelventil öffnen, so läuft die Membran 12 nach unten. Dabei
wird zuerst die Steuerspindel 9 betätigt und das Hilfsventilverschlußstück 10' in
die Offenstellung bewegt. Aus dem Raum des Kolbengehäuses 8 kann somit das Medium
durch die rohrförmige Stehspindel 2 über die Kanäle 13, die kurz über dem Ventilteller
1 angeordnet sind, in den Hinterdruckraum 14 des Reglers strömen. Dieser Entspannungsvorgang
hat unterschiedliche Drücke an den beiden beaufschlagbaren Flächen des Entlastungskolbens
3 zur Folge, und es bildet sich eine nach unten gerichtete Kraft an der Stehspindel
2, die die Anpreßkraft des Ventiltellers 1 gegen den als Regeldüse 15 ausgebildeten
Ventilsitz wesentlich herabsetzt. Ist das Druckgefälle am Regelventil kleiner, dann
entsteht eine nach unten gerichtete Kraft, die das Regelventil im Öffnungssinn beeinflussen
will. Soll dies verhindert werden, muß gleichzeitig eine möglichst gleich große
Kraft eingeleitet werden, die das Regelventil im schließenden Sinn beeinflußt und
Kraftausgleich be-,virkt.
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Dies erfolgt durch die hier vorgesehene Anordnung der Kanäle 13, direkt
hinter dem Hauptverschlußstück in der Stellspindel. Dadurch herrscht im Raum 8 derjenige
Druck, der bei sich öffnendem Regelventil infolge größer werdender Menge oder abfallenden
Vordruckes für einen gleichbleibenden Kraftausgleich erforderlich ist.
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Öffnet sich nämlich das Regelventil, so wird mit zunehmender Öffnung
die Kraftäußerung, die durch den Vordruck auf den Ventilteller 1 in Richtung Schließen
des Regelventils ausgeübt wird, geringer, bis sie - den Entspannungsgesetzen folgend
- bei voller Regel-Ventilöffnung auf etwa die Hälfte abgesunken ist.
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Da der Vordruck jedoch unverändert die Oberseite des Entlastungskolbens
3 beaufschlagt, würde sich, wenn die Entlastungskanäle 13 weiter oben in der Stellspindel
9 angeordnet wären und in den Hinterdruckraum 14 einmünden würden, eine Gleichgewichtsstörung
zwischen den Kräften ergeben, und zwar denjenigen, die den Ventilteller 1 in Richtung
Schließen des Regelventils belasten, und denjenigen, die den Entlastungskolben 3
in Richtung öffnen des Regelventils belasten.
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Das Regelventil würde demnach mit zunehmender Ventilöffnung mit einer
stets größer werdenden Kraft in Richtung öffnen :belastet werden. Da diese Kraft
bei Vollöffnung des Ventils pvl2. F (wobei pv der Vordruck und F der Querschnitt
des Regelventils ist) werden kann, kommen bei hohen Vordrücken große Kräfte zustande,
die das Regelventil im öffnenden Sinn beeinflussen wollen und von der Feder 4 nicht
mehr aufgenommen werden können, bzw. wird bei Reglern, die keine Feder zum Schließen
des Regelventiles haben, ein ungewolltes öffnen des Regelventiles eintreten.
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Wird jedoch der Druck im Kolbengehäuse 8 durch richtige Anordnung
der Kanäle 13 gesteuert, also wenn er dem veränderlichen (größer werdenden) Druck
kurz oberhalb des Ventiltellers 1 angeglichen ist, so erfolgt eine gewollte Kompensation
in der Form, daß der schwindenden Kraftäußerung am Ventilteller 1, die nun mehr
und mehr öffnend wirkt, eine gleich große Kraftäußerung an der Unterseite des Entlastungskolbens
3 in Richtung Schließen entgegengesetzt wird, die sich dadurch einstellt, daß die
Kanäle 13 dem jeweiligen Entspannungsdruck oberhalb des Ventiltellers 1 ausgesetzt
sind und diesen Druck im Kolbengehäuse 8 aufrechterhalten.
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Steigt der Hinterdruck, so wird sich der Ventilteller 1 im Schließsinn
bewegen, da die untere Fläche des Entlastungskolbens 3 ebenfalls vom höheren Hinterdruck
beeinflußt wird. Bei fallendem Hinterdruck vertauschen sich die Kraftänderungen
an dem Ventilteller 1 und am Entlastungskolben 3. Läuft die Membran 12 nach oben,
so schließt das Hilfsventilverschlußstück 10' und der Entlastungskolben 3 wird im
schließenden Sinn zusätzlich wirksam. Damit stellt sich wieder die höchste Belastung
an dem Ventilteller 1 ein und das Regelventil schließt dicht. Das Manometer
16 gestattet die überwachung des Druckes im Kolbengehäuse B. Zeigt dieses
bei geschlossenem Regler statt Vordruck den Hinterdruck an, so ist der dichte Abschluß
des Hilfsv entilverschlußstückes 10' beeinträchtigt. Arbeitet das Ventil in Regelstellung,
dann wird durch die Anzeige eines geringeren Drukkes als der Vordruck im Kolbengehäuse
8 am Manometer nachgewiesen, daß eine einwandfreie Funktion der Kraftentlastung
besteht.
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Das Kolbengehäuse 8 mit den Teilen 6 und 20 bildet gegenüber dem Ventilgehäuse
21 eine selbständige Einheit und ist von außen zugänglich, wie es wesensähnlich
bekannt ist.
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Bei der Ausführung nach Fig. 2 dient die rohrförmige Stellspindel
2' nicht als Leitung und Verbindung für das vom Kolbengehäuse 8 nach der Hinterdruckseite
des Reglers abströmende Medium, wenn das Regelventil öffnet; die notwendige Verbindung
der beiden Druckräume erfolgt vielmehr durch eine besondere außerhalb des Reglergehäuses
verlegte Leitung 17. Des weiteren bildet das Hilfsventil eine getrennte Baugruppe
18, die an der Unterseite des Reglergehäuses befestigt ist. Die Arbeitsweise dieser
Bauart ist mit der beschriebenen Ausführung nach Fig. 1 identisch.
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Der Zweck der Erfindung wird auch durch die Ausführung nach Fig. 3
erreicht. Hierbei besteht die Stellspindel 2 aus einem vollen Körper und das Hilfsventil
im Raum unterhalb des Kolbens fällt fort. Die für den Öffnungsvorgang des Regelventils
notwendige Entspannung im Kolbengehäuse 8 vollzieht sich über einen Druckminderer
19 der auf den Solldruck (eingestellter und zu haltender Hinterdruck des Reglers)
eingestellt ist.
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Fällt der Hinterdruck des Reglers, wodurch die Öffnung des Regelventils
notwendig wird, so strömt Medium aus dem Raum unterhalb des Kolbens über den Druckminderer
nach der Hinterdruckseite des Reglers. Dies hat, gemäß der eingangs erläuterten
Arbeitsweise, die Entlastung des Ventiltellers 1 zur Folge und das Regelventil kann
mit geringerer Stellkraft geöffnet werden. Der Anstieg des Hinterdruckes drosselt
den Entspannungsvorgang im Druckminderer 19 und verhindert damit eine weitere Öffnung
das Regelventils. Auch das regeltechnische Verhalten entspricht den Ausführungen
nach Fig. 1 bzw. 2.
Die Erfindung stellt eine wesentliche Ausgestaltung
und Verbesserung des bekannten Einsitzregelventils dar; denn durch die Anordnung
des Kolbens und Kolbengehäuses abseits vom eigentlichen Ventil kann die Steuerung
für das Hilfsventil einfach gestaltet werden. wodurch ein feinfühliges Regeln möglich
und das Betätigen mit kleinen Stellkräften erreichbar ist.