-
Ventil mit Druckmittelbetätigung und Hilfsventilsteuerung Die Erfindung
bezieht sich auf ein Ventil mit einem hohlkolbenförmigen, in einer zylindrischen
Gehäuseführung gleitenden, von einer Schließfeder und dem Zuflußdruck gegen seinen
Sitz gedrücktem Hauptverschlußstück, das mit seiner dem Ventilsitz entgegengesetzten
Seite und dem Zylinder einen mit der Zuflußseite verbundenen Entlastungsraum einschließt,
und mit einem in die vom Entlastungsraum durch das Hauptverschlußstück zur Abflußseite
des Ventils führende Entlastungsleitung eingeschalteten, von außen betätigbarem
Entlastungsventil ausgerüstet ist.
-
Bei den bekannten Ventilen dieser Art wird zunächst durch Anwendung
des Entlastungsprinzips der Aufwand an Kräften zur Betätigung des Hauptventils reduziert.
Das hierzu erforderliche Hilfs- oder Entlastungsventil muß dann von außen von Hand
oder mit einer Hilfskraft betätigt werden, wozu Steuerspindeln nach außen dichtend
durchgeführt werden müssen oder, wenn man die Durchführung nach außen vermeiden
will, übersteckbare elektromagnetische Betätigungsorgane erforderlich sind. Solche
Ventile sind jedoch bei höheren Drücken und Betriebstemperaturen nicht mehr anwendbar,
und eine selbsttätige Regelfunktion ist nicht möglich.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der obengenannten
Art für dünnflüssige Medien, insbesondere für Heißdampf und aggresive Medien, zu
schaffen, das als selbsttätig arbeitendes Reduzier- und Regelventil, als Absperr-
und Grundmengen-Einstellventil und - nach Umkehr der Durchflußrichtung
- auch als Rückschlagventil verwendet werden kann und bei dem die Einbauteile
so ausgebildet sind, daß sie in normale, handelsübliche Absperr- oder Rückschlagventilgehäuse
eingesetzt werden können.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in die vom
Entlastungsventil zur Austrittseite des Ventils führende, als Doppelgleitrohr und
Entlastungsleitung ausgebildete Hohlspindel ein Drosselventil mit einem tellerförinigen,
von einer Schließfeder gegen einen im Hauptventilverschlußstück vorgesehenen Sitz
gedrückten, vom Druck des durch die Entlastungsleitung strömenden Mediums öffenbaren
Verschlußstück eingebaut ist.
-
Zur Unterstützung der regeltechnischen Funktion ist das Ventil zweckmäßig
so ausgebildet, daß die Innenfläche der axial feststehenden Hohlspindel als Gleitfläche
für den rohrförmigen mit einem Durchströmschlitz versehenen Schaft des Verschlußstückes
und deren Außenwand als Gleitfläche für das an seiner Stirnfläche als Ventilsitz
für das Verschlußstück ausgebildete Führungsrohr des Hauptverschlußstückes dient.
-
Die Grundmengenvoreinstellung wird dadurch.ermöglicht, daß als Widerlager
für die Schließfeder eine im Hauptverschlußstück gleitend gelagerte, längenveränderliche
Distanzstange angeordnet ist. Um die Grundmengeneinstellung von außen und während
des Betriebes vornehmen zu können, kann im Boden des Ventilgehäuses ein höhenverstellbarer
Gewindebolzen eingeschraubt werden, gegen welchen die Distanzstange anschlägt.
-
Durch diese Kombination verschiedener Funktionsglieder innerhalb des
Gehäuses handelsüblicher Absperr- oder Rückschlagventile ergeben sich neben der
universellen Verwendbarkeit des Ventils als Absperr-, Regel-, Reduzier-, Drossel-
und Grundmengenvoreinstellventil weitere Vorteile insofern, als das Ventil in jeder
Einbaulage funktionsfähig ist, was besonders bei Umstellung von Betriebsanlagen
auf Regelbetrieb von Bedeutung ist. Darüber hinaus ergab sich der Vorteil, daß zur
Einstellung des Ventils von außen nur eine glatte Welle durchgeführt ist, mit welcher
innerhalb eines Drehwinkels von etwa 160' das Ventil voll durchgesteuert
werden kann, wobei sich noch eine nahezu selbstdichtende Durchführung der Steuerwelle
verwirklichen ließ.
-
Die Einfachheit der Konstruktion der Steuerteile mit ihrem geringen
Kraftbedarf für die Einstellung von außen her gestattet weiter, die Einstellwelle
so zu verlängern oder die Einstellung z. B. mittels Seilzug zu bedienen, daß die
Ventileinstellung außerhalb von Gefahrenzonen (Hitze, Giftgase, Explosionsräume
usw.) betätigt werden kann. Hieraus ergibt sich wiederum, daß zur Fernbedienung
des Ventils verhältnismäßig einfache Stellorgane (Feder, Hubmagnet,
Drehfeldgeber,
Pneumatik usw.) angewendet werden können.
-
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
Zeichnung näher erläutert. (Für das Beispiel wurde ein DIN-Hochdruck-Rückschlagventil
NW 50 ND 64 - gestrichelt gezeichnete Teile 28 bis 31 - verwendet,
dessen Oberteil und Deckel ausgebohrt wurden, wobei der Originalsitz 18 mitverwendet
wurde.) Das Hauptverschlußstück, Teile 12 bis 17, ist so in das Ventilgehäuse
28 eingesetzt, daß der Betriebsdruck sich nur über die Undichtheiten und
Stoßspalte des Kolbenringes 12 im Raum 11 aufbauen und im Schließsinne auf
das Hauptverschlußstück wirksam werden kann. Zum Öffnen des Hauptventils
17-18 ist es demzufolge nur erforderlich, den Raum 11 schneller zu
entlasten, als die Belastung über den Kolbenring 12 erfolgen kann, wozu die Hohlspindel
8
mit dem Schlitzloch 10 versehen ist, das über die Stellspindel
6 in beliebige Deckung mit der Bohrung 9 eingestellt werden kann.
Der Sinn der weiteren Einbauteile und Steuerorgane wird in der folgenden Beschreibung
der Wirkungsweise der einzelnen Ventilfunktionen erkennbar.
-
Die Absperr- und Schnellschlußfunktion des Ven--tils wird durch Verstellung
der Steuerwelle 6 mittels Stellhebel 5 durch das Entlastungsventil
9-10 erreicht. In der gezeichneten Schließstellung ist der Durchfluß von
Bohrung 9 durch Schlitzloch 10 gesperrt bzw. vernachlässigbar gering.
Bei druckfreiem Ventil wird das Hauptverschlußstück 12 bis 17 durch die Druckfeder
27 in Schfießstellung auf Sitz 18 gehalten, und zwar in jeder Einbaulage
des Ventils. Mit eintretendem Betriebsdruck wird das Hauptverschlußstück durch diesen
mit der Kraft aug tetriebsdruck mal wirksamer Kolbenfläche dichtend in den Sitz
18
gedrückt. Die Feder 27 ist nun grundsätzlich nicht mehr erforderlich,
kann aber als Puffer zum Auffang plötzlicher Druckschwankungen vorteilhaft verwendet
werden, und sie verhindert auch ein schlagartiges Aufreißen des Ventils. Zum öffnen
des Hauptvontils genügt eine Drehung der Steuerwelle 6 innerhalb etwa
160', womit das Entlastungsventil 9-10 mehr oder weniger geöffnet
wird. Der Druck aus Xaum 11
wird nun durch die Hohlspindel 9 auf das
Drosselvontil 25 wirksam und drückt dessen Verschlußstück 24 gegen die Kraft
der Schließfeder 22 aus der Hohl-#spindel 8 und vom Sitz am Führungsrohr
16, sö daß die Entlastung des Raumes 11 eingeleitet wird. Mit .dieser
Entlastung wirkt aber der Betriebsdruck nur noch einseitig auf die der Zuflußseite
des Ventils zugekehrte Fläche des Ringes 13, da die Entlastung des
Raumes- 11 schneller vor sich geht als dessen Belastung über die Undichtheiten
am Kölbenring. Das Hauptverschlußstück wird somit gegen den Druck der Feder 27 weich,
aber schnell bis zum oberen Anschlag hochgedrückt und damit das Hauptventil
17-18 voll geöffnet.
-
Das Hauptventil bleibt so lange in der Offenstellung, als auf der
Abflußseite des Ventils ein geringerer Druck herrscht als auf der Zuflußseite. Dies
ist bei Durchfluß durch das Hauptventil stets der Fall, da dann dieses als Drossel
wirkt. Bei Durchflußdrosselung, also Druckanstieg hinter dem
Ventil, bewegt
sich das Hauptverschlußstück selbsttätig im Schließsinne, was aber ohne Bedeutung
ist, ,da es sich bei Verbrauchsanstieg ebenso wieder Ziffnet. Wird jedoch das Entlastungsvontil
9-10 ge-
schlössen, so baut sich der volle tetriebsdrück wieder im Entlastungstaum
11 auf, womit das Hauptverschlußstück im Schließsinne bewegt wird, also das Hauptventil
geschlossen wird.
-
Aus diesem Verhalten des Ventils leitet sich bereits die Reduzier'
und Xegelfunktioli her. FÜr erstere ist gefordert, daß bei schwankendem Betriebsdruck
auf der Zuflußseite ein konstanter, reduzierter Arbeitsdruck auf der Abflußseite
erreicht wird. Dieser Reduzierdruck bestimmt sich offensichtlich nur aus der Einstellung
des Entlastungsventils 9-10
und der Entnahmegröße durch den Verbraucher. Die
Einstellung des Entlastungsventils erfolgt bei angeschlossenem Verbraucher einmalig
auf den ge# wünschten Reduzierdruck bzw. Durchfluß. In dieser Einstellung herrscht
Kräftegleichgewicht zwischen den einzelnen Funktionggliedern innerhalb des Ventils.
-
Steigender Verbrauch würde nun fallenden Reduzierdruck zur Folge haben,
womit aber auch geringerer Druck auf die Unterseite des Verschlußstückes 24 eingeleitet
wird, der das weitere öffnen des Drosselvontils 25 zur Folge hat. Damit wird
aber die Entlastung des Raumes 11 beschleunigt und demzufolge das Hauptverschlußstück
im öffnungssinne betätigt, bis auf der Abflußseite wieder der eingestellte Reduzierdruck
und Durchfluß bzw. das vorherige Kräftegleichgewicht wieder erreicht ist. Umgekehrt
wird bei geringerem Verbrauch das Hauptverschlußstück im Schließsinne betätigt.
-
In gleicher Weise reagiert das Ventil bei Betriebsdruckschwankungen.
Höherer Betriebsdruck wirkt heinmend auf die Entlastung, so daß das Ventil im Schließsinne
bewegt wird und drosselt. Geringerer Betriebsdruck begünstigt die Entlastung, womit
das Hauptverschlußstück im öffnungssinne betätigt wird.
-
Während bei der Reduzierfunktion vom Ventil nur die Xöngtaiithaltung
des eingestellten Reduzierdrückes gefordert wird, können im Regelungsfall stetige
Änderungen der Durchflußgröße oder des Druckes erforderlich Sein. Für die Regelungsfunktion
des Ventils ist demufolge noch die stetige Verstellung des Entlastungsvolitils
9-10 von außen her erforderlich. Diese wird erreicht, wenn man zur Vorgtellung
der der Steuerwelle 6 ein Stellglied bekanititer Art an Stelle des Stellhebels
5 anordnet. Das Stellglied kann von einem Meßgeber aus gesteuert werden,
der auf Änderungen der zu regelnden Meßgröße (remperatur, Druck, Menge, Niveau usw.)
anspricht.
-
Als Regelventil wirkt das Ventil demzufolge so, daß die druckabhängige,
selbsttätige Innensteuerung wie im Falle des keduzierventils erfol t und die von
.9
anderen Zustandsgrößen oder Söllwertänderungen abhängige Aussteuerung des
Ventils durch stetige Verstellung. des Entlastungsventils erfolgt. Von Vorteil ist
hierbei der geringe erforderliche Stellweg bei kleiner Stellkraft, so daß Stellglieder
einfacher und
robuster Art verwendet worden können.
-
Zu Grundniengenvoreinstellung kann das gleiche Ventil dann verwendet
werden, wenn man die am Ventilboden anschlagende Distanzstange 20 in ihrer Länge
veränderlich macht, so daß durch deren 1löhenvergtellung das Hauptverschlußstück
12 bis 17
in beliebigem Abstand vom Sitz 18 gehalten werden kann, womit
ein gewünschter Grunddurchfluß ge-
sichert wird. Die Distanzstange 20 kann
auch durch eine höheriverstellbare Gewindebüchse eingestellt
werden,
die im Boden des Ventilgehäuses anzuordnen wäre.
-
Als Rückschlagventil ist das gleiche Ventil ohne weiteres verwendbar,
wenn es entgegen der eingezeichneten Pfeilrichtung durchströmt wird. Der dann gegen
das Hauptverschlußstück wirkende höhere Druck kann dieses gegen den Druck der Feder
27 nur gegen einen geringeren Gegendruck offenhalten. Wird der Gegendruck
größer als der Zuflußdruck, so schließt das Ventil. Von Vorteil gegenüber den üblichen
Rückschlagventilen ist dabei, daß auch im Augenblick der Rückschlagfunktion des
Ventils dieses mittels Stellhebel 5 wie ein Absperrventil geöffnet werden
kann.