DE1235087B - Regelventil - Google Patents

Description

Anmelder:

Henry W. Angelery, Northvale, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt: Henry W. Angelery, Northvale, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 15. August 1962 (217 101)

Regelventil Die Erfindung betrifft ein Regelventil, bei welchem

die Ventilauslaßkammer durch einen mittels einer

Feder in Richtung auf einen Ventilsitzring vorgespannten Verschlußkörper von der Ventileinlaßkammer absperrbar ist. 5

Es ist bereits ein derartiges Regelventil bekannt,
bei dem der Verschlußkörper mit einem Fortsatz in
die Ventilsitzöffnung hineinragt und in einer Druckausgleichkammer gleitend geführt ist, die über ein
Absperrventil und in der Seitenwand des ha die Sitz- ίο
Öffnung hineinragenden Fortsatzes des Verschlußkörpers vorgesehene Druckausgleichöffnungen mit
der Ventilauslaßkammer in Verbindung steht, wobei
das Absperrventil durch die Betätigungsstange des
Regelventils geöffnet wird, bevor diese den Ver- 15
schlußkörper des Regelventils von seinem Sitz abhebt. Durch diese bekannte Ausbildung wird erreicht,
daß bei am Sitzring anliegendem Verschlußkörper
und bei geschlossenem Absperrventil der Druck in
der Ventileinlaßkammer auch in der Druckausgleich- 20
kammer herrscht, so daß der Verschlußkörper fest -

an den Ventilsitzring angedrückt ist. Beim Betätigen

des Ventils wird vor der Bewegung des Verschluß- ruft, die auf ein Öffnen des Verschlußkörpers entkörpers zunächst das Absperrventil geöffnet, so daß gegen der Federkraft gerichtet sind. Diese sich mit der Druck in der Druckausgleichkammer auf den 25 der Strömung durch die Ventilsitzöffnung ändernden Druck in der Ventilauslaßkammer sinkt und der Ver- Kräfte, die sich im einzelnen noch in Impulskräfte, schlußkörper lediglich entgegen der ihn an den Ventil- Reaktionskräfte, Rückverdichtungskräfte und Expansitzring andrückenden Federkraft zu bewegen ist. sionskräfte unterteilen lassen, bewirken das nachtei-Dadurch wird die zur Betätigung des Ventils erfor- lige Flattern des Verschlußkörpers. Es ist zwar mögderliche Kraft herabgesetzt, und es wird in Schließ- 30 Hch, diese Kräfte durch eine Feder mit besonders stellung eine sichere Abdichtung des Ventils auch großer Andrückkraft wirkungslos zu machen, jedoch bei vergleichsweise schwacher Feder erreicht. ist in diesem Fall eine entsprechend große Kraft zum

Ein derartiges Regelventil besitzt jedoch den Nach- Betätigen des Ventils erforderlich, was unerwünscht teil, daß die Lage des Verschlußkörpers in geöffneter ist. Ferner wurde festgestellt, daß insbesondere bei Stellung instabil ist, so daß es leicht zu einem Fiat- 35 Ventilen, die mit sehr geringen Durchsatzmengen und tern des Verschlußkörpers kommt, insbesondere wenn sehr hohen Druckunterschieden arbeiten, ein statisich der Druckunterschied zwischen der Ventileinlaß- scher Stützdruck bzw. eine nicht ausgeglichene Kraft kammer und der Ventilauslaßkammer bzw. die zur Stabilisierung des Verschlußkörpers nicht geeig-Durchflußmenge ändert. Das Flattern des Verschluß- net ist. Beim Bewegen des Verschlußkörpers wird die körpers wird durch die kinetischen Kräfte hervor- 40 statische Stützkraft durch die Betätigungskraft ausgerufen, die sich infolge der Drosselung am Ventil- geglichen, und infolge der Bewegung des Verschlußsitz ergeben. Zwar wird bereits bei dem bekannten
Regelventil die von dem unter vergleichsweise hoher
Geschwindigkeit durch die Siteöffnung strömenden
Flud auf den Verschlußkörper ausgeübte Saugkraft 45
durch die Druckausgleichöffnungen kompensiert, die
eine Strömungsverbindung zur dem Ventilsitzring abgewandten Rückseite des Verschlußkörpers bilden,
so daß die Saugkräfte unabhängig von ihrer Größe
jeweils ausgeglichen sind. Es wurde jedoch festgestellt, 50 weiligen Strömungsverhältnissen ausgeglichen sind, daß das die Sitzöffnung durchströmende Flud außer so daß der Verschlußkörper in seiner jeweiligen Stelden Saugkräften weitere kinematische Kräfte hervor- lung flatterfrei gehalten ist.

körpers ändert sich sogleich die Strömung des Fluds, und damit ändern sich auch die das Flattern des Verschlußkörpers bewirkenden kinetischen Kräfte.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Regelventil der eingangs beschriebenen Art unter Vermeidung die Betätigung erschwerender starker statischer Stützkräfte derart auszubilden, daß die auftretenden kinetischen Kräfte unabhängig von den je-

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Gemäß der Erfindung ist das Regelventil, bei wel- gesehen, die mit der zugehörigen Leitfläche eine

chem die Ventilauslaßkammer durch einen mittels Kammer über der Impulsdrucköffnung bildet. Durch

einer Feder in Richtung auf einen Ventilsitzring vor- diese Ausbildung wird ein stärkerer Stau über der

gespannten Verschlußkörper von der Ventileinlaß- Impulsdrucköffnung und dadurch eine vergrößerte

kammer absperrbar ist, der mit einem Fortsatz in die 5 Stützkraft erreicht.

Ventilsitzöffnung hineinragt und in einer Druckaus- Bei der zweckmäßigen Ausführung der Erfindung gleichkammer gleitend geführt ist, die über ein Ab- endet die bzw. jede Leitfläche und/oder die bzw. jede sperrventil und mindestens eine in der Seitenwand Staufläche im Abstand vor dem Ventilsitzring, so daß des in die Sitzöffnung hineinragenden Fortsatzes des es ausgeschlossen ist, daß die Leitfläche bzw. die Verschlußkörpers vorgesehene Druckausgleichöff- io Staufläche am Ventilsitzrmg anliegt. Dabei entsteht nung mit der Ventilauslaßkammer in Verbindung ein Spalt zwischen der Leitfläche bzw. der Staufläche steht, wobei das Absperrventil durch die Betätigungs- und dem Ventilsitzring, durch den das Flud ohne stange des Regelventils geöffnet wird, bevor diese den Ablenkung in die Ventilauslaßkammer strömen kann. Verschlußkörper des Regelventils von seinem Sitz ab- Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erhebt, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ver- 15 findung ist die Größe der bzw. jeder Druckausschlußkörperfortsatz mindestens eine in den Ring- gleichöffnung und der bzw. jeder Impulsdrucköffnung raum zwischen diesem und dem Ventilsitzring hin- einstellbar bzw. veränderbar. Dadurch kann das Vereinragende, die Strömung durch diesen Ringraum hältnis zwischen den Durchmessern der Druckausseitlich ablenkende schräge Leitfläche angebracht ist, gleichöffnungen und der Impulsdrucköffnungen den wobei die bzw. jede das Absperrventil mit der Aus- 20 Betriebsbedingungen angepaßt werden. Es hat sich iaßkammer verbindende Druckausgleichöffnung in nämlich gezeigt, daß dieses Verhältnis für ein einder Seitenwand des Fortsatzes auf der der Auslaß- wandfreies bzw. flatterfreies Arbeiten des erfindungskammer zugewandten Seite der Leitfläche liegt. gemäßen Regelventils wesentlich ist, wobei sich ein Bei dieser Ausbildung wird die Strömungsenergie Verhältnis von etwa 4:1 für die meisten Betriebsdes durch den am Ventilsitzring gebildeten Drossel- 25 bedingungen als geeignet erweist. Bei größeren spalt tretenden und auf die Leitflächen auftreffenden Druckunterschieden soll das Verhältnis kleiner als Fluds zur Erzeugung einer Stützkraft ausgenutzt, die 4:1 sein, während es bei geringeren Druckunterauf ein Schließen des Verschlußkörpers gerichtet ist schieden größer als 4:1 sein soll,
und die zu kompensierenden kinetischen Kräfte der Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der ErStrömung, die auf ein Abheben des Verschlußkörpers 30 findung ist am Ende der bzw. jeder Leitfläche ein vom Ventilsitz gerichtet sind, ausgleicht. Eine Ände- entgegengesetzt geneigter Abschnitt vorgesehen, der rung der Strömung, die zu einer Änderung der zu die durch die Leitfläche hervorgerufene, am Verkompensierenden kinetischen Kräfte führt, wirkt sich schlußkörper wirkende Drehkraft aufhebt,
in gleicher Weise auf die mittels der Leitflächen er- Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schemazeugte Stützkraft aus, so daß sich der Abschluß- 35 tischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen körper stets in einer Gleichgewichtslage befindet und näher erläutert.

das unerwünschte Flattern des Verschlußkörpers ver- F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfinmieden ist. Dabei wirkt es sich vorteilhaft aus, daß dungsgemäßes Ventil;

durch die Ablenkung der Strömung an den Leit- F i g. 2 zeigt den Verschlußkörper des Ventils ge-

flächen ein Teil der Strömungsenergie vernichtet bzw. 4° maß F i g. 1 in Seitenansicht;

in Wärmeenergie übergeführt wird. F i g. 3 zeigt den Verschlußkörper in einer Stirn-Gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbil- ansicht;

dung des erfindungsgemäßen Regelventils ist auf der F i g. 4 zeigt das obere Ende eines abgeänderten

anderen Seite der bzw. jeder Leitfläche am inneren Verschlußkörpers.

Ende des Fortsatzes, dort, wo das Flud aus der Ein- 45 Das dargestellte Ventil umfaßt eine Betätigungslaßkammer etwa radial in den Ringraum zwischen stange 10 und ist zwischen eine Einlaßleitung 11 und dem Ventilsitzring und dem Fortsatz einströmt, in eine Auslaßleitung 12 eingeschaltet. Vom Ventildessen Seitenwand mindestens eine zusätzliche Öff- gehäuse 13 wird eine Ventileinlaßkammer 14 und nung bzw. Impulsdrucköffnung vorgesehen, die mit eine Ventilauslaßkammer 15 gebildet, die über die der der Auslaßkammer zugewandten Seite des Ab- 50 Ventilsitzöffnung 16 miteinander in Verbindung Sperrventils in Verbindung steht. Durch diese Ausbil- stehen. Diese Ventilsitzöffnung wird von einem Vendung wird erreicht, daß sich das eintretende Flud tilsitzring 17 gebildet, der in eine Trennwand 18 zwiüber der Impulsdrucköffnung staut bzw. in diese Öff- sehen den Kammern 14,15 eingebaut ist. Der Ventilnung einströmt und zu einer entsprechenden Druck- sitzring 17 weist auf seiner der Ventileinlaßkammer erhöhung innerhalb des Fortsatzes bzw. auf der Rück- 55 14 zugewandten Stirnseite eine ebene Sitzfläche 19 seite des Verschlußkörpers führt, so daß auch auf auf und trägt Nasen 20, die sein Einschrauben in die diese Weise eine von den Strömungsverhältnissen ab- Trennwand 18 ermöglichen.

hängige, auf ein Schließen des Verschlußkörpers ge- Ein koaxial zum Ventilsitzring 17 in der Ventilrichtete Stützkraft entsteht, die den zu kompensieren- einlaßkammer angeordnetes becherförmiges Bauteil den kinetischen Kräften entgegenwirkt. Auch hier 60 21, welches mit seinem offenen Ende dem Ventilsind die Stützkraft und die zu kompensierenden sitzring zugewandt ist, wird von einem Ventildeckel Kräfte in gleicher Weise von der Strömung abhängig, 22 unterstützt, wobei ein Dichtungsring 23 zur Abso daß bei einer Änderung der Strömung das auf den dichtung zwischen Ventilgehäuse 13 und Ventildeckel Verschlußkörper wirkende Kräftegleichgewicht er- 22 vorgesehen ist. Das becherförmige Bauteil 21 ist halten bleibt. 65 mit einem außenliegenden radialen Flansch 24 zwi-Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung dieser sehen dem Dichtungsring 23 und einer Schulter 25 Ausführungsform ist wenigstens eine entgegengesetzt des Ventilgehäuses 13 eingespannt. Im Boden des zu der bzw. jeder Leitfläche geneigte Staubfläche vor- becherförmigen Bauteils 21 ist eine Bohrung 26 zum

Claims (2)

Ablassen von Kondensat bzw. Flüssigkeit vorgesehen, an die sich eine Bohrung im Ventildeckel 22 anschließt, welche durch einen Schraubstopfen 27 verschlossen ist. Im becherförmigen Bauteil 21 ist ein hohlzylindrischer Verschlußkörper 28 gleitend geführt. Der Verschlußkörper 28 trägt auf seiner dem Ventilsitzring 17 zugewandten Seite eine Stirnplatte 29, die in Schließstellung des Ventils abdichtend an der Sitzfläche 19 anliegt. Innerhalb des Verschlußkörpers 28 ist ein Bauteil 30 angeordnet, welches mit einem radialen Flansch 31 an der inneren Zylinderfläche des Verschlußkörpers anliegt und durch Sprengringe 32 in einer Stellung gehalten ist, bei der es mit einem zum Verschlußkörper koaxialen Rohransatz 33 an der Stirnplatte 29 anliegt. Innerhalb des Rohransatzes 33 ist eine Ventilkugel 34 vorgesehen, die durch eine Feder 35 abdichtend in die Mündung einer zentralen Bohrung 36 in der Stirnplatte 29 gedrückt ist. Über eine Öffnung 37 im Boden des Bauteils 30 ist der Rohransatz 33 mit der Rückseite des Verschlußkörpers 28 bzw. mit der vom becherförmigen Bauteil 21 gebildeten Druckausgleichkammer verbunden. Von der Stirnplatte 29 des Verschlußkörpers 28 erstreckt sich ein zylindrischer Fortsatz 38 in die Ventilsitzöffnung 16, der auf seiner der Ventilauslaßkammer 15 zugewandten Seite eine sich radial erstreckende Abschlußplatte 38 α aufweist. Am Außenumfang des Fortsatzes 38 sind schräge Leitflächen 39, 40, 41, 42 vorgesehen, die geringen radialen Abstand vom Ventilsitzring 17 aufweisen. Diese Leitflächen gehen ebenso wie der Fortsatz 38 mit einer Seite in die Stirnplatte 29 des Verschlußkörpers 28 über. In die Abschlußplatte 38 α des Fortsatzes 38 ist eine Buchse 43 eingelassen, in der eine im Durchmesser reduzierte Verlängerung 44 der Betätigungsstange 10 gleitend geführt ist. Diese Verlängerung 44 weist an ihrem freien Ende eine zum Angreifen an der Ventilkugel 34 ausgebildete Verdickung 45 auf, und sie ist so bemessen, daß beim Abwärtsbewegen der Betätigungsstange 10 die Ventilkugel 34 von ihrem Sitz abgehoben wird, bevor die Betätigungsstange 10 an der Abschlußplatte 38 α bzw. an der Buchse 43 des Fortsatzes 38 angreift und den Verschlußkörper 28 von der Sitzfläche 19 des Ventilsitzringes 17 abhebt. Durch die Ausbildung wird erreicht, daß der vor dem Öffnen des Ventils in der Druckausgleichkammer im becherförmigen Bauteil 21 vorhandene, den Verschlußkörper 28 an den Sitzring 17 andrückende Druck, welcher wegen einer unvollständigen Abdichtung zwischen dem becherförmigen Bauteil 21 und dem Verschlußkörper 28 dem Druck in der Ventileinlaßkammer 14 entspricht, durch Öffnen des Absperrventils 34, 36 auf den Druck in der Ventilauslaßkammer 15 abgebaut wird, so daß beim Öffnen des Ventils keine Druckkraft des Fluds zu überwinden ist. Im Fortsatz 38 des Verschlußkörpers 28 sind Druckausgleichöffnungen 46 vorgesehen, welche die So vom durch die Ventilsitzöffnung 16 strömenden Flud auf den Verschlußkörper 28 wirkenden Saugkräfte ausgleichen. Die von der Strömung durch die Ventilsitzöffnung 16 hervorgerufenen kinetischen Kräfte, welche auf ein Öffnen des Verschlußkörpers 28 gerichtet sind, können von der zwischen dem Boden des becherförmigen Bauteils 21 und dem Bauteil 30 angeordneten Feder 48, welche den Verschlußkörper 28 in Richtung auf die Sitzfläche 19 des Ventilsitzringes vorspannt, nicht so aufgenommen werden, daß der Verschlußkörper 28 flatterfrei gehalten ist. Um den durch die Anordnung der Leitflächen 39, 40, 41, erstrebten Ausgleich dieser kinetischen Kräfte zu unterstützen, sind im Fortsatz 38 nahe der Stirnplatte und vor den Leitflächen 39, 40, 41, 42 Impulsdrucköffnungen 49 vorgesehen, durch die der sich über den Öffnungen 49 bildende Impulsdruck bzw. Staudruck im Inneren des Fortsatzes 38 bzw. auf der Rückseite des Verschlußkörpers 28 in der Druckausgleichkammer wirksam wird und einem Abheben des Verschlußkörpers entgegenwirkt. Wie F i g. 2 zeigt, sind entgegengesetzt zu den Leitflächen 39, 40, 41, 42 geneigte Stauflächen 50 vorgesehen, die mit den unteren Enden der Leitflächen Kammern 51 über den Öffnungen 49 bilden. Die Neigung der Leitflächen 39, 40,41, 42, welche gegebenenfalls veränderbar sein kann, bewirkt eine Umlenkung der Strömung, aus der eine auf den Verschlußkörper 28 wirkende Drehkraft resultiert. Um ein unerwünschtes Drehen des Verschlußkörpers zu vermeiden, weisen gemäß Fig. 4 die geneigten Leitflächen 39' des Verschlußkörpers 28' umgebogene bzw. entgegengesetzt geneigte Enden 52 auf, die eine entgegengesetzt gerichtete Drehkraft hervorrufen. Dadurch wird das Bestreben des Ventilorgans 28', sich zu drehen, aufgehoben. Patentansprüche:

1. Regelventil, bei welchem die Ventilauslaßkammer durch einen mittels einer Feder in Richtung auf einen Ventilsitzring vorgespannten Verschlußkörper von der Ventileinlaßkammer absperrbar ist, der mit einem Fortsatz in die Ventilsitzöffnung hineinragt und in einer Druckausgleichkammer gleitend geführt ist, die über ein Absperrventil und mindestens eine in der Seitenwand des in die Sitzöffnung hineinragenden Fortsatzes des Verschlußkörpers vorgesehene Druckausgleichöffnung mit der Ventilauslaßkammer in Verbindung steht, wobei das Absperrventil durch die Betätigungsstange des Regelventils geöffnet wird, bevor diese den Verschlußkörper des Regelventils von seinem Sitz abhebt, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Verschlußkörperfortsatz (38) mindestens eine in den Ringraum zwischen diesem und dem Ventilsitzring (17) hineinragende, die Strömung durch diesen Ringraum seitlich ablenkende schräge Leitfläche (39, 40, 41 42) angebracht ist, wobei die bzw. jede das Absperrventil (34, 36) mit der Auslaßkammer (15) verbindende Druckausgleichöffnung (46) in der Seitenwand des Fortsatzes (38) auf der der Auslaßkammer (15) zugewandten Seite der Leitfläche (39, 40,41, 42) liegt.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Seite der bzw. jeder Leitfläche (39, 40, 41, 42) am inneren Ende des Fortsatzes (38), dort, wo das Flud aus der Einlaßkammer (14) etwa radial in den Ringraum zwischen dem Ventilsitzring (17) und dem Fortsatz (38) einströmt, in dessen Seitenwand mindestens eine zusätzliche Öffnung bzw. Impulsdrucköffnung (49) vorgesehen ist, die mit der der Auslaßkammer (15) zugewandten Seite des Absperrventils (34,36) in Verbindung steht.