DE1210640B - Schnell oeffnendes und schliessendes Ventil fuer gasfoermige Stroemungsmittel - Google Patents

Schnell oeffnendes und schliessendes Ventil fuer gasfoermige Stroemungsmittel

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DE1210640B
DE1210640B DEU6807A DEU0006807A DE1210640B DE 1210640 B DE1210640 B DE 1210640B DE U6807 A DEU6807 A DE U6807A DE U0006807 A DEU0006807 A DE U0006807A DE 1210640 B DE1210640 B DE 1210640B
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DE
Germany
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valve
pressure
closure piece
piston
closing
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Pending
Application number
DEU6807A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas P Farkas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Technologies Corp
Original Assignee
United Aircraft Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by United Aircraft Corp filed Critical United Aircraft Corp
Publication of DE1210640B publication Critical patent/DE1210640B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00Control of fluid pressure
    • G05D16/14Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power
    • G05D16/16Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power derived from the controlled fluid
    • G05D16/166Control of fluid pressure with auxiliary non-electric power derived from the controlled fluid using pistons within the main valve

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Safety Valves (AREA)

Description

  • Schnell öffnendes und schließendes Ventil für gasförmige Strömungsmittel Die Erfindung betrifft ein Ventil, das von einem gasförmigen Strömungsmittel, z. B. der Raumluft in der Klimaanlage eines Flugzeugs, betätigt wird und den Durchfluß dieses Strömungsmittels steuert.
  • Solche Ventile sind bekannt, bei denen beiderseits des Ventilverschlußstückes an dessen Betätigungsstange öffnungs- bzw. Schließkolben vorgesehen sind, von denen der Öffnungskolben auf seiner von dem Ventilverschlußstück abgewandten Seite über ein Dreiwegeventil wahlweise mit dem Druck des Ventileinlasses oder einer drucklosen Rückflußleitung beaufschlagbar ist, während seine andere Seite dem Druck des Ventilauslasses ausgesetzt ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, ein solches Ventil so auszubilden, daß bei Bedienung des Dreiwegeventils möglichst schnell eine die Öffnungs- bzw. Schließbewegung des Ventils bewirkende Druckdifferenz erzeugt wird, ohne daß eine Entlüftungsanordnung des Ventils vergrößert werden muß.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die den Schließkolben aufnehmende Kammer auf der vom Verschlußstück abgewandten Seite des Kolbens über eine Drosselstelle mit dem Ventilauslaß und auf der anderen Seite des Kolbens mit dem Ventileinlaß in Verbindung steht, daß der öffnungs- und der Schließkolben gleich große Kolbenflächen aufweisen und daß die dem Druck des Ventileinlasses ausgesetzte Seite des geschlossenen Ventilverschlußstückes eine größere Fläche aufweist als jeder der beiden Kolben.
  • Diese Konstruktion hat gegenüber dem Stand der Technik unter anderem den Vorteil, daß eine bei einem bekannten Ventil dieser Art verwandte Schließfeder überflüssig wird. Eine Schließfeder vermag das Schließen des Ventils zu beschleunigen. Andererseits muß ihre Kraft beim Öffnen des Ventils überwunden werden, so daß die Schließfeder gleichzeitig auch das Öffnen des Ventils verzögert. Die Erfindung ermöglicht ein schnelles Öffnen und Schließen des Ventils ohne Schließfeder und ohne Vergrößerung der Zuleitung.
  • Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventils.
  • Das Ventil liegt in einer Leitung mit einem Einlaß 50 und einem Auslaß 52, durch den ein Strömungsmittel von links nach rechts, z. B. zu einer Düse 54, fließt. Im Leitungsweg liegt das Ventilverschlußstück 56, mit dem der Durchtritt des Strömungsmittels wahlweise freigegeben und unterbrochen wird.
  • Das Ventilverschlußstück 56 ist in einem Gehäuse 58 angeordnet und wird durch das Strömungsmittel in die Öffnungsstellung bewegt und durch eine Feder 64 in der Schließstellung unter einen Ruhedruck gesetzt. In der Schließstellung liegt es auf einem Sitz 59 auf. Das Ventilverschlußstück 56 ist über eine Betätigungsstange mit dem öffnungs- und Schließkolben 60 bzw. 62 verbunden. Oberhalb des Öffnungskolbens 60 befindet sich die Kammer K2,. und das in dieser Kammer vorhandene Strömungsmittel drückt das Ventilverschlußstück 56 in die Öffnungsstellung. Unterhalb des Öffnungskolbens 60 befindet sich die Kammer K3. Zwischen Ventilverschlußstück 56 und Schließkolben 62 befindet sich die EinlaßkammerK4. Eine FederkammerK5, die die Feder 64 enthält, befindet sich unterhalb des Schließkolbens 62. Der Auslaß 52 ist an die AuslaßkammerK3 angeschlossen. Beim Schließen des Ventilverschlußstückes 56 wird die Feder 64 durch das Strömungsmittel unterstützt, das in die Federkammer K5 aus dem Auslaß 52 durch eine Leitung 66 eingeführt wird, die eine Drosselstelle 68 enthält, die vermeidet, daß in der Kammer K5 plötzliche Druckänderungen auf Grund von Druckänderungen im Auslaß 52 auftreten. Die Drosselstelle 68 verzögert somit den Aufbau' und ;dgn -.Abbau des Druckes in der Kammer K 5.
  • Der Druck zum Öffnen des Ventilverschlußstückes 56 wird vom Strömungsmittel im Einlaß 50 abgenommen. Dies erfolgt über die Leitungen10, 72, die den Einlaß 50 mit der Kammer K 2. verbinden. - Ein durch eine Magnetspule betätigtes Dreiwegeventil 74 liegt zwischen den Leitungen 70, 72 -und- enthält ein kugelförmiges Verschlußstück 76, das zum- Öffnen der Leitungen 70, 72 durch die Magnetspüle 78 betätigt wird, wobei gleichzeitig die Entlüftungsöffnung im oberen Teil der Dreiwegeventils 74 geschlossen wird. Zum Schließen der Leitungen 70, 72 und zum gleichzeitigen Öffnen der Entlüftungsöffnung wird es durch eine Feder 80 unter einen Ruhedruck gesetzt.
  • Das Ventilverschlußstück 56 muß eine etwas größere Fläche als die Kolben 60 und 62 haben, die unter sich gleiche Flächen haben. Dieser Unterschied ist mit dem Buchstaben A bezeichnet. Der auf dieses kleine Flächenstück ausgeübte Druck hält in der Hauptsache das Ventilverschlußstück 56 in der geschlossenen Stellung.
  • Es sei angenommen, daß das Dreiwegeventi174 geschlossen ist und kein Strömungsmittel in die Leitungen 50, 52 hereingelassen wird. Unter diesen Bedingungen nehmen das Dreiwegeventi174 und das Ventilverschlußstück 56 die in den Figuren gezeigten Stellungen ein. Die Feder 64 übt auf den Schließkolben 62 eine Kraft aus, die einem Druck von 0,015 kg/mm2 entspricht. Es sei weiter angenommen, daß das Ventilverschlüßstück 56 eine Fläche von 190 mm2 und die Kolben 60 und 62 beide eine Fläche von 171 mm2 haben.
  • Nun sei angenomen, daß am Einlaß 50 Strömungsmittel mit einem Druck von 0,700 kg/mm2 eingelassen wird. Dies setzt die Einlaßkammer K4 unter einen Druck von 0,700 kg/mm2, was eine nach oben gerichtete und auf das Ventilverschlußstück 56 wirkende Kraft hervorruft, die gleich 0,700 - A oder 0,700 kg/mm2 - 19 mm2 gleich 13,3 kg ist. Die gesamte auf das Ventilverschlußstück 56 wirkende Schließkraft beträgt dann 13,3 kg -f- (171 mm2 0,015 kg/mm2) = 15,9 kg. Sämtliche Elemente behalten die gezeigte Lage.
  • Soll nun das Ventilverschlußstück 56 geöffnet werden, wird die. Spule 78 erregt und das Verschlußstück 76 in die die Entlüftungsöffnung schließende Stellung bewegt, so daß aus dem Einlaß 50 Strömungsmittel in die Kammer K2 strömen kann. In der Kammer K2 wird sich nun schnell ein Druck aufbauen, und dieser braucht nur annähernd den Wert von 0,092 kg/mm2 zu erreichen, um das Ventilverschlußstück 56 gegen die es geschlossen haltende Kraft von 15,9 kg zu öffnen. Da die Kammer K2 mit Strömungsmittel unter einem Druck von 0,700 kg/mm2 aus dem Einlaß 50 gefüllt wird, wird das Öffnen des Ventilverschlußstückes 56 sehr schnell vor sich gehen.
  • Die schnelle Öffnungsbewegung wird durch Verringern des über dem Ventilverschlußstück 56 liegenden Druckunterschiedes oder des Druckunterschiedes zwischen den Kammern K4 und K3 ,vergrößert. Zu Beginn beträgt dieser Druckunterschied 0,700 kg/mm2. Aber schon beim Öffnen des Ventilverschlußstückes 56 erhöht sich der Druck in der Auslaßkammer K3, und der eben erwähnte Druckunterschied sinkt. Dieser verminderte und nur auf die Fläche A wirkende Druckunterschied verkleinert die ` gesamte noch *auf das Ventilverschlußstück 56 wirkende Schlleßkräft.
  • Nach vollständiger Öffnung wird der auf das Ventilversehlußstück 56 wirkende und zwischen der Einlaßkammer K4 und _ der 4uslaßkammer K3 bestehende Druckabfall auf einen Minimalwert herabgesetzt. In einem praktischen Fall kann der Druckabfall in der Größenordnung von 0,038 kg/mm2 liegen. Der Druck in der Auslaßkammer K3 und im Auslaß 52 kann dann einen Wert bis zu 0,662 kg/mm2 annehmen. In diesem praktischen Beispiel wird die das Ventilverschlußstück 56 offenhaltende Kraft durch .den .Druckunterschied von. 0,038 kg/mm2 hervorgerufen, der sich aus dem in der Kammer K2 herrschenden Druck von 0,700 kg/mm9 und.dem in der Kammer K 3 herrschenden Druck von 0,662 kg/mm2 zusammensetzt. Die auf das Ventilverschlußstück 56 in Schließrichtung wirkende Kraft stammt nur noch von der Feder 64 und entspricht einem Druck von 0,015 kg/mm2.
  • Die Feder 64 kann weggelassen werden. Das heißt, daß bei herausgenommener Feder 64 der auf das Ventilverschlußstück 56 wirkende Druckunterschied auf Null herabgesetzt werden kann und keine Kraft vorhanden ist, die es öffnet oder schließt. Unbeabsichtigt wird sich das Ventilverschlußstück 56 jedoch nicht aus seiner Öffnungsstellung bewegen, da zwischen den auf den Kolben 60 und ¢2 angebrachten O-Ringen 82, 82 und der Innenwand des Gehäuses 58 eine Reibung auftritt. Die zwischen den O-Ringen und dem Gehäuse vorhandene Reibung erlaubt weiter, den auf das Ventilverschlußstück 56 einwirkenden Druckunterschied auf einen Wert herabzusetzen, der etwas unter 0,015 kg/mm2 liegt, selbst wenn eine Feder 64 mit einer Druckwirkung von 0,015 kg/mm2 verwendet wird, da die Reibung ein Schließen des Ventilschließgliedes 56 durch die Federkraft vermeidet.
  • Unabhängig davon, ob die Feder 64 verwendet wird oder nicht, wird der in der Kammer K5 vorhandene Druck zum Schließen ausgenutzt. Dies ist dann der Fall, wenn das Dreiwegeventil 74 die gezeigte Lage einnimmt und die Kammer K 2 mit der Druckentlastungsöffnung verbunden wird. Der Druck in der Kammer K5 schließt dann das Ventil. Der Druck in der Kammer K2 braucht dazu lediglich so weit herabgesetzt zu werden. daß der Unterschied zwischen dem Druck der Kammer K2 und dem Druck in der Kammer K 5 ausreicht, um Reibungskräfte zu überwinden. Man sieht, daß dieser Druckunterschied sehr schnell den zum Schließen erforderlichen Wert erreicht, so daß das Ventil sehr schnell schließt.
  • Beim Schließen des Ventilverschlußstückes 56 nimmt der Druck in der Auslaßkammer K 3 und dem Auslaß 52 ziemlich schnell ab. Wegen der Drosselstelle 68 in der Leitung 66 überträgt sich dieser Druckabfall aber nur langsam bis in die Federkammer K 5. Der Druck in der Kammer K 5 reicht deshalb immer aus, um ein vollständiges Schließen des Ventilverschlußstückes 56 zu gewährleisten.
  • Das schnelle Schließen des Ventilverschlußstückes 56 wird durch den Abfall des Druckes in der Auslaßkammer K3 und das sich hieraus ergebende Ansteigen des Druckunterschiedes zwischen den Kammern K4 und K3 verbessert. Dieser auf die Fläche A wirkende Druckunterschied drückt das Ventilverschlußstück 56 in die Schließstellung, und nach vollständigem Schließen hält dieser Druckunterschied (0,700 kg/mm2) das Ventilverschlußstück 56 mit oder ohne Feder 64 geschlossen.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Ventil, das von einem gasförmigen Strömungsmittel, z. B. in der Klimaanlage eines Flugzeugs, betätigt wird und den Durchfluß dieses Strömungsmittels steuert, mit beiderseits des Ventilverschlußstückes an dessen Betätigungsstange vorgesehenen öffnungs- bzw. Schließkolben, von denen der C)ffnungskolben auf seiner von dem Ventilverschlußstück abgewandten Seite über ein Dreiwegeventil wahlweise mit dem Druck des Ventileinlasses oder einer drucklosen Rückflußleitung beaufschlagbar ist, während seine andere Seite dem Druck des Ventilauslasses ausgesetzt ist, d a d u r c h g ekennzeichnet, daß die den Schließkolben (62) aufnehmende Kammer (K5, K4) auf der vom Verschlußstück abgewandten Seite (K5) des. Kolbens über eine Drosselstelle (68) mit dem Ventilauslaß (52) und auf der anderen Seite (K4) des Kolbens mit dem Ventileinlaß (50) in Verbindung steht, daß der öffnungs- und der Schließkolben (60 und 62) gleich große Kolbenflächen aufweisen und daß die dem Druck des Ventileinlasses ausgesetzte Seite des geschlossenen Ventilverschlußstückes (56) eine größere Fläche aufweist als jeder der beiden Kolben (60 und 62). In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 373 654, 2 624 542.
DEU6807A 1959-01-14 1960-01-12 Schnell oeffnendes und schliessendes Ventil fuer gasfoermige Stroemungsmittel Pending DE1210640B (de)

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