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Mit Hilfskraft steuerbares Regelventil für Hochdruckdampfanlagen Die
Erfindung betrifft ein mit Hilfskraft steuerbares Regelventil für Hochdruckdampfanlagen.
Es kann sich dabei um ein hydraulisch oder pneumatisch betätigtes Reduzierventil
oder überströmventil oder um ein Hochdruckdampfventil zur Temperaturregelung in
Verbindung mit Heißdampfkühlern u. dgl. handeln. Es ist bekannt, einem sochen Regelventil
ein in Abhängigkeit vom Dampfdruck steuerbares Vorabsperrventil vorzuschalten, um
eine sichere Abdichtung zwischen Hochdruck- und Niederdrucknetz zu gewährleisten.
Bei bekannten Anordnungen dieser Art ist das Vorabsperrventil als gesonderte Ventileinheit
ausgebildet, die in gleicher Weise wie das Regelventil von der vorhandenen Hilfskraft
betätigt wird. Die Anwendung eines solchen Vorabsperrventils verteuert die Kosten
der Anlage erheblich, erfordert zusätzlichen Raum und belastet die Hilfskraftquelle
mit vergrößertem Leistungsbedarf.
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Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß das
Vorabsperrventil mit einem vom Dampfdruck betätigten Kolben verbunden und gemeinsam
mit diesem in das Gehäuse des Regelventils auf dessen Einlaßseite eingebaut ist,
und daß der auf den Kolben des Vorabsperrventils wirkende Dampfdruck durch ein mit
Hilfskraft betätigtes Hilfsventil steuerbar ist. Durch den Einbau eines vom Dampfdruck
betätigten Vorsteuerventils in das Gehäuse des Regelventils entsteht eine raumsparende
Baueinheit, die in verschiedener Weise angewandt werden kann. Das eingebaute Vorabsperrventil
kann so ausgebildet und geschaltet werden, daß es zugleich mit dem Regelventil geöffnet
und geschlossen wird. Es kann aber auch als vorgeschaltetes Sicherheitsventil angewandt
und beim überschreiten eines vorgegebenen Dampfdruckes im Niederdrucknetz bei geöffnetem
Regelventil geschlossen werden. Es sind auch noch weitere Anwendungsmöglichkeiten
einer solchen Baueinheit denkbar.
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Zweckmäßigerweise wird der Einbau des Vorabsperrventils in .der Weise
vorgenommen, daß der Dampfeinlaßstutzen des Regelventils zwischen dem Ventilverschlußkörper
des Vorabsperrventils und dessen Kolben angeordnet ist und daß sich an die Rückseite
des Kolbens ein mit einer Auslaßöffnung versehener Druckraum anschließt, der mit
der Dampfzuleitung in Verbindung steht und in dem ein Schließdruck entsteht.
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In F i g.1 und 2 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
während die F i g. 3 und 4 schematisch Anwendungsmöglichkeiten des Ventilaggregates
zeigen. Im Gehäuse 1 eines Hochdruckdampf-Regelventils ist ein entlasteter Ventilverschlußkörper
2 mittels eines Ventilschaftes 3 geführt. Mit 4 ist eine Ventilschließfeder
bezeichnet, die gegen den Kolben eines hydraulischen Stellmotors 5 abgestützt ist.
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Auf der Einlaßseite weist das Ventilgehäuse einen Zylinderansatz 6
auf, in dem ein mit einem Ventilkegel 7 starr verbundener Kolben 8 geführt ist.
Der Ventilkegel ? ist mit einem zylindrischen Führungsansatz 9 versehen, der axiale
Durchlaßöffnungen 10 besitzt. Ein in das Ventilgehäuse 1 eingesetzter Ventilsitzring
11 arbeitet mit dem Ventilkegel 7 im Sinne eines Vorabsperrventils zusammen. Zwischen
dem Kolben 8 und dem Führungsansatz 9 des Ventilkegels 7 ist der Einlaßstutzen
12 des Regelventils angeordnet. Im Kolben 8 ist eine axiale, mit einer Drosselstelle
13' ausgestattete Bohrung 13 vorgesehen, die in einem auf der Rückseite des Kolbens
8 angeordneten Druckraum 14 mündet. Im Druckraum 14 ist eine Feder 15 untergebracht,
die das Vorabsperrventi17/11 in Schließstellung zu bringen trachtet. Der Druckraum
14 ist durch einen Auslaßstutzen 16 an eine Steuerleitung angeschlossen.
Bei geschlossenem Regelventil wirkt der Druck des durch den Einlaßstutzen 12 eintretenden
Hochdruckdampfes auf die einander zugekehrten Flächen des Kolbens 8 und es Führungsansatzes
9. Der Dampfdruck wirkt auch - da er durch die Durchlaßöffnungen 10 übertragen wird
- auf eine den Ventilkegel 7 umgebende Ringfläche 17 auf der Vorderseite
des Führungsansatzes 9 und bei geschlossenem Auslaßstutzen 16 infolge der axialen
Bohrung 13 auch auf der ganzen rückseitigen Kolbenfläche 18. Da die Kolbenfläche
18 größer ist als die Ringfläche 17 wird eine durch die Feder 15 unterstützte Schließkraft
durch den Hochdruckdampf erzeugt. Sobald
jedoch der Auslaßstutzen
16 geöffnet wird, der Dampf also aus dem Druckraum 14 entweichen kann, wird das
Vorabsperrventil 7/11 gegen die Wirkung der Feder 15 geöffnet, da auf .die
Ringfläche 17
noch der volle Dampfdruck wirkt. Dieses Öffnen erfolgt sehr
plötzlich, im Bruchteil einer Sekunde, da zu Beginn der Öffnungsbewegung auch noch
die Fläche des Ventilkegels 7 dem Dampfdruck ausgesetzt wird, so daß sich die Öffnungskraft
sprunghaft vergrößert. Wird der Auslaßstutzen 16 wieder geschlossen, so daß sich
im Druckraum 14 der Dampfdruck wieder aufbauen kann, dann sind alle Flächen des
Kolbens 8 und des Ventilkegels 7 dem Dampfdruck ausgesetzt. In diesem Gleichgewichtszustand
wirkt die Feder 15 im schließenden Sinne, so daß der Ventilkegel 7 auf dem Ventilsitzring
11 zur Auflage kommt. Da in diesem Zustand jedoch die Fläche des Ventilkegels 7
dem Dampfdruck entzogen und nur von dem schwächeren Gegendruck, der sich im Ventilgehäuse
1 einstellt, beaufschlagt ist, vergrößert sich im Schließzustand des Vorabsperrventils
7/11 die Schließkraft um den vom Hochdruckdampf ausgeübten Anteil.
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Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Zylinderansatz
6 des Ventilgehäuses 1 ein Stufenkolben 19 geführt, der an seiner Vorderseite den
Ventilkegel 20 trägt. Der vor der kleineren Kolbenfläche 19' liegende, den Ventilkegel
20 umgebende Ringraum ist durch eine Kolbenbohrung 21, die eine Drosselstelle 21'
besitzt, mit dem Druckraum 14 verbunden, der sich an die größere Kolbenfläche 19"
anschließt. Der vor der Kolbenstufe liegende Ringraum 22 ist durch eine ins Freie
führende Leckdampfleitung 23 drucklos gehalten. Bei geschlossenem Auslaßstutzen
16 wird durch den auf die größere Kolbenfläche 19" wirkenden Druck des Hochdruckdampfes
eine Schließkraft erzeugt, während beim Öffnen des Auslaßstutzens 16 durch den Dampfdruck
auf die kleinere Kolbenfläche 19' und auf die Fläche des Ventilkegels 20 eine öffnungskraft
wirksam wird. Durch die Anwendung des Stufenkolbens 19 kann auf die Feder 15 des
ersten Ausführungsbeispiels verzichtet werden.
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Man kann natürlich die Leckdampfleitung 23 zusätzlich mit als Steuerleitung
ausnutzen, indem man durch ein Umschaltventil wechselweise den Auslaßstutzen 16
oder die Leckdampfleitung abschließt oder mit einem Auslaß verbindet. Bei geöffnetem
Auslaßstutzen 16 und abgeschlossener Leckdampfleitung 23 wirkt dann der Leckdampfdruck
vor der Kolbenstufe im Ringraum 22 zusätzlich im Sinne einer Öffnungskraft. Bei
geschlossenem Auslaßstutzen 16 ist die Leckdampfleitung 23 durch das Umschaltventil
geöffnet und der Ringraum 22 druckentlastet. Dabei kann der Auslaßstutzen 16 auch
so angeordnet werden, daß er von dem Stufenkolben 9 selbst bei Offenstellung abgeschlossen
wird.
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In F i g. 3 ist schematisch ein Anwendungsbeispiel des in F i g. 1
oder F i g. 2 dargestellten Regelventils gezeigt. Durch eine an die Hochdruckdampfleitung
24 angeschlossene Meßdruckleitung 25 wird der Meßdruck auf ein als Kraftschalter
wirkendes Bourdonrohr 26 übertragen, durch das der Auslaß 27 einer hydraulischen
Steuerdruckleitung 28 bei ansteigendem Meßdruck gedrosselt wird. Die Steuerdruckleitung
28 ist an den Stellmotor 5 des Regelventils angeschlossen. Bei einer Erhöhung des
Steuerdruckes wird der Ventilverschlußkörper 2 von seinem Ventilsitz abgehoben und
der Dampfauslaß 29 des Regelventils freigegeben.
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Durch das Vorabsperrventil 7/11, auf dessen Kolben 8 vom Hochdruckdampf
bei abgeschlossenem Druckraum 14 in beschriebener Weise eine Schließkraft ausgeübt
wird, ist der Dampfeinlaß zum Regelventil abgesperrt. Der Auslaßstutzen 16 des Druckraumes
14 ist an eine Auslaßleitung 30 angeschlossen, die durch ein Hilfsventil
31 beherrscht ist. An die Steuerdruckleitung 28 ist eine Meßdruckleitung
32 angeschlossen, durch die der Steuerdruck auf ein Bourdonrohr 33 übertragen wird.
Bei steigendem Steuerdruck öffnet das Bourdonrohr 33 den Auslaß 34 einer
Hilfssteuerleitung 35, die an einen Stellmotor 36 des Hilfsventils 31 angeschlossen
ist.
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Sobald der Steuerdruck in der Leitung 28 steigt, also das Regelventil
geöffnet wird, erfolgt durch die Hilfssteuerung 32-36 ein Öffnen des Hilfsventils
31, so daß der Druckraum 14 drucklos wird. Dadurch wird in schon beschriebener Weise
das Vorabsperrventil 7/11 plötzlich geöffnet, so daß der Hochdruckdampf in das Regelventil
gelangen und zur Niederdruckseite durch den Auslaß 29 abströmen kann.
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Wird bei einer solchen überströmregelung das Vorabsperrventil mit
einem Stufenkolben 19 nach F i g. 2 verbunden, so kann man an Stelle .des Hilfsventils
31 auch ein Umschaltventil verwenden, das wechselweise den Auslaß des Druckraumes
14 oder die Leckdampfleitung 23 (F i g. 2) abschließt und öffnet. Durch die
Hilfssteuerung 32-36 wird dafür gesorgt, daß das Vorabsperrventil 7/11 immer gleichzeitig
mit dem Regelventil geöffnet und geschlossen wird.
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Bei dem in F i g. 4 dargestellten überströmregler wird das Vorabsperrventil
7/11, das den Hochdruckdampfeintritt zum Regelventil beherrscht, als Sicherheitsventil
benutzt. Der Auslaßstutzen 16 des Druckraumes 14 ist an eine Leitung
37 angeschlossen, von der eine mit einer Drosselstelle 38 versehene Auslaßleitung
39 abgezweigt ist. Die Leitung 37 steht über ein Hilfsventil 40 mit einem an die
Hochdruckdampfleitung 24 angeschlossenen Leitungszweig 41 in Verbindung. Dieses
Hilfsventil 40 ist durch eine Meßdruckleitung 42 mit der Dampfleitung auf der Niederdruckseite
verbunden und wird geöffnet, sobald auf der Niederdruckseite ein zu großer Dampfdruck
entsteht. Bei geschlossenem Hilfsventil 40 ist der Druckraum 14 über die Drosselstelle
38 ständig mit der Auslaßleitung 39 in Verbindung, so daß das Vorabsperrventi17/11
durch den Druck des Hochdruckdampfes in schon beschriebener Weise offengehalten
wird. Sobald jedoch bei Überdruck in der Meßdruckleitung 42 das Hilfsventil 40 geöffnet
wird, strömt mehr Hochdruckdampf über den Leitungszweig 41 in die Druckkammer 14
ungedrosselt ein als über die Drosselstelle 38 abströmen kann, so daß in der Druckkammer
14 ein Schließdruck entsteht, der das Vorabsp.errventil7/11 zum plötzlichen Schließen
veranlaßt. Das erfolgt hier bei geöffnetem Regelventil, In allen Fällen schließt
und öffnet das Vorabsperrventil plötzlich in Sekundenbruchteilen, da durch Verwendung
des hohen Dampfdruckes große Schließ-und Öffnungskräfte zur Verfügung stehen.