-
Die Erfindung betrifft ein Druckregelorgan für strömungsfähige Medien
mit einem Gehäuse mit Ein-und Austrittskanal, einem Ventilkörper und -sitz zwischen
Ein- und Austrittskanal, einem von dem jeweils in einer im Austrittskanal angeordneten
Venturidüse herrschenden Druck abhängigen Stellantrieb für den Ventilkörper, der
einerseits mit dem Hohlraum der Venturidüse über einen Druckabfühlkanal verbunden
ist und andererseits unter einer festgelegten Gegenkraft steht. Ein so ausgebildetes
Druckregelorgan hat den Zweck, bei vom Ventilsitz abgehobenem Ventilkörper die öffnungsweite
dieses Ventils entsprechend dem Verbrauch in dem dem Organ nachgeschalteten Leitungssystem
zu regeln.
-
Die Wirkungsweise eines bekannten Organs dieser Gattung bestaht darin,
daß bei zunehmendem Verbrauch im nachgeschalteten Leitungssystem der Druck in diesem
absinkt. Dieser Druck wird abgefühlt und dem Stehantrieb zugeführt, so daß infolge
der Erhöhung des Verbrauchs im nachgeschalteten Leitungssystem und als Folge des
so verminderten Druckes der Ventilkörper weiter vom Ventilsitz abgehoben wird und
der freie Durchflußquerschnitt vergrößert wird. Dementsprechend nimmt dann der Druck
im nachgeschalteten Leitungssystem wieder zu, bis ein Gleichgewichtszustand hergestellt
ist.
-
Das Abfühlen des Druckes im nachgeschalteten Leitungssystem erfolgt
jedoch in einer Venturidüse. Der tatsächliche abgefühlte Druck ist wegen dieser
Anordnung geringer als der Druck im nachgeschalteten Leitungssystem, und zwar um
einen Betrag, der von der Strömungsgeschwindigkeit, also vom Verbrauch in dem nachgeschalteten
Leitungssystem, abhängt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei der Anpassung des
Ventils an die geänderten Betriebsbedingungen die bei erhöhtem Verbrauch auftretenden
zusätzlichen Leitungsverluste im nachgeschalteten System mit berücksichtigt werden.
Der Betrag, um den der abgefühlte Druck geringer ist als der tatsächliche Druck
im nachgeschalteten System, soll dabei also ungefähr gleich der ebenfalls von der
Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Änderung der Leitungsverluste im nachgeschalteten
Leitungssystem sein.
-
Dies ist jedoch eire in der Praxis schwer zu er- , füllende Forderung,
und es ist insbesondere unmöglich, für diesen Zweck eine Venturidüse derart auszubilden
und zu bemessen, daß sie den gewünschten Ausgleich bei jedem beliebigen pneumatischen
oder hydraulischen System, in das der Regler eingebaut ; werden soll, mit der erforderlichen
Präzision schafft. Es ist daher erforderlich, von Fall zu Fall zu bestimmen, welche
Leitungsverluste bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten in dem System auftreten
würden, in das das Organ eingebaut werden soll, oder man muß es in Kauf nehmen,
daß der angestrebte Ausgleich nur unvollkommen bleibt.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Druckregelorgan
derart abzuwandeln, daß die Präzision des angestrebten Ausgleichs für Schwankungen
im Verbrauch im nachgeschalteten Leitungssystems in vorzüglicher Weise verbessert
wird.
-
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erzielt, daß der Stellantrieb
außer mit dem Hohlraum der Venturidüse durch einen gedrosselten Strömungsweg mit
einem Teil des Austrittskanals hinter der Venturidüse verbunden ist.
-
Die neue Wirkung, die durch diese Maßnahme erzielt wird, besteht darin,
daß nun der den Stellantrieb beeinflussende Druck eine Funktion nicht nur des innerhalb
der Venturidüse abgefühlten Druckes, sondern auch des tatsächlich im nachgeschalteten
Leid tungssystem herrschenden Druckes ist. Die Beziehung des Einflusses des an der
Venturidüse abgefühlten Druckes zu dem Einfluß des im nachgeschalteten Leitungssystem
herrschenden Druckes auf den Stellantrieb läßt sich dabei derart festlegen, daß
für ein gegebenes Leitungssystem unter geringstem Aufwand das Druckregelorgan den
geforderten Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.
-
Vorteilhafterweise kann ein Druckregelorgan gemäß der Erfindung dadurch
gekennzeichnet sein, daß das Ventilgehäuse aus getrennten Teilen zusammengesetzt
ist, deren einer den Ein- und den Austrittskanal und eine Aussparung für die Aufnahme
eines weiteren Gehäuseteiles enthält, der das Ventil und die austrittsseitige Venturidüse
enthält, und daß an der Berührungsfläche zwischen diesen beiden Gehäuseteilen ein
Ringkanal gebildet ist, der mit dem Austrittskanal und mit einem in den Strömungsweg
zwischen dem Hohlraum der Venturidüse und dem Stellantrieb mündenden Abschnitt in
Verbindung steht, und daß die Drossel in einem auswechselbaren Stopfen gebildet
ist, der an der Mündung des Abschnittes an der Mantelfläche des eingesetzten Gehäuseteils
eingefügt ist. Bei einem so ausgebildeten Drosselorgan sitzt die Drossel, die die
Stärke des Einflusses des Druckes im nachgeschalteten Leitungssystem auf den Stellantrieb
bestimmt, an einer besonders zugänglichen Stelle. Diese Ausbildung des Druckregelorgäns
ermöglicht es, durchgehend die gleichen Teile mit Ausnahme des auswechselbaren Stopfens
der Drossel auf Lager zu halten und sie beim Zusammenbau durch Einbau des passenden
Stopfens an die jeweils in Aussicht genommenen Betriebsbedingungen anzupassen.
-
Ein Nachteil der bekannten Ausbildung besteht ferner darin, daß der
an der Venturidüse abgefühlte Druck nicht mit der erforderlichen Präzision abgefühlt
werden kann, weil die Öffnung des Abfühlrohres, das in die Engstelle der Venturidüse
hineinreicht, mit seiner Mündung in die Strömungsrichtung weist, wodurch außerdem
ein Pitot-Effekt erzeugt wird, der ebenfalls zur Verzerrung des dem Stellantrieb
zuzuführenden Druckes beiträgt. Gemäß der Erfindung ist hingegen im Interesse bester
Präzision der durchzuführenden Regelvorgänge eine Einrichtung zum Lenken des bei
Beginn des öffnens des Ventils austretenden Mediumstroms gegen einen von der Mündung
des Strömungsweges zwischen dem Stellantrieb und dem Hohlraum der Venturidüse in
diesen Hohlraum entfernten Bereich der Innenwand der Venturidüse vorgesehen. Auf
diese Weise ist mit größter Sicherheit gewährleistet, daß der Einfluß sich ändernder
Strömungsbedingungen im Bereich der Mündung der Zuleitung zum Stellantrieb in die
Venturidüse auf die Funktionsweise des Stellantriebes ausgeschaltet wird. In der
Venturidüse wird daher eine möglichst staudruckfreie Größe des Druckes abgefühlt
und als Komponente dem Stellantrieb zugeführt. Diese Maßnahme ist gerade in dem
Augenblick von kritischer Bedeutung, in dem das Ventil geöffnet wird, da der Strömungsverlauf
gerade in dieser Phase des Betriebs eines Ventils wesentlich von den Betriebsbedingungen
bei üblichen öffnungsweiten abweicht.
Nach einem vorteilhaften Merkmal
kann die Einrichtung zum Lenken des Mediumstroms aus einer Ausnehmung in dem das
Ventil enthaltenden Gehäuseteil und einer in dieser Ausnehmung enthaltenden Hülse
bestehen, die sich in Achsrichtung des Ventils an dessen Sitz anschließt und in
der Nähe des dem Ventilsitz abgewendeten Endes mindestens eine Öffnung im Mantel
aufweist, die in einen Ringraum zwischen dem Gehäuseteil und der in diesem aufgenommenen
Hülse an einer gegenüber der Mündung der Venturidüse in diesen Ringraum in der Achsrichtung
des Ventils auswärts versetzten Stelle mündet, und der Strömungsweg zwischen dem
Stellantrieb und dem Hohlraum der Venturidüse kann in einem Wandbereich münden,
der dem Wandbereich der Venturidüse gegenüberliegt, auf die der gelenkte Mediumstrom
auftrifft.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Darin ist F i g. 1 ein Schnitt durch ein Druckregelorgan, F i g. 2 eine Ansicht
von oben in Blickrichtung der Pfeile 2-2 in F i g. 1, zur Veranschaulichung eines
Nebengehäuses in dessen angebrachtem Zustand am Hauptventilgehäuse, F i g. 3 ein
Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig.2. F i g. 4 ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform
eines Druckregelorgans, F i g. 5 ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform
und F i g. 6 ein Schema zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Druckregelorgans
gemäß der Erfindung.
-
Wie insbesondere F i g. 1 zeigt, ist das Druckregelorgan
10 an einem geeigneten Gehäuse 12 angebaut. In dem Gehäuse 12 sind
ein Eintrittskanal 14, 15, der an einer nicht dargestellten Mediumdruckquelle angeschlossen
ist, und ein Austrittskanal 16,
17 gebildet, an dem ein Kupplungsglied 18
für den Anschluß einer Mediumleitung 20 bei 19 angeschlossen ist.
Die Ein- und Austrittskanäle 15 und 16 münden in einem Axialabstand voneinander
in eine Zentralbohrung 21, die ein zylindrisches Nebengehäuse 22 des Druckregelorgans
10 aufnimmt. Eine geeignete Dichtung, beispielsweise ein O-Ring 24, ist , um das
Nebengehäuse 22 herum angeordnet und verhindert den unerwünschten Durchtritt von
Medium zwischen dem Ein- und Austrittskanal 15 bzw. 16. Um den oberen Teil
des Nebengehäuses herum ist, beispielsweise in dem weiteren Gehäuseteil
28, eine ; zweite Dichtung 26 angeordnet, die ein Austreten von Medium aus
dem Austrittskanal 16 verhindert. Der Hauptaufnahmeraum 21 ist am Ringkanal
30 auf der Höhe des Austrittskanals 16 erweitert und steht mit diesem in leitender
Verbindung. Der Zweck dieser Maßnahme wird im folgenden noch beschrieben.
-
Um das untere Ende des Nebengehäuses 22 herum ist eine Reihe von Einlaßkanälen
32 angeordnet, und in das untere Ende des Nebengehäuses 22 ist eine Ventilanordnung
34 eingeschraubt. Diese Ventileinrichtung 34 weist einen Ventilsitz 36 aus beliebigem
geeignetem Material, beispielsweise Metall oder Kunststoff, auf und ist vorzugsweise
mit einer weicheren Dichtung, beispielsweise einem O-Ring 38, ausgestattet, der
den unerwünschten Durchtritt von Medium an dieser Stelle verhindert. Der Ventilsitz
36 ist an seinem Platz in Anlage an einer Radialschulter 40 befestigt, indem die
Ventileinrichtung 34 gegen einen Durchlaßring 42 geschraubt ist, der mit
den als Schlitze ausgebildeten Einlaßkanälen 32 fluchtende Schlitze 43 aufweist.
Die Ventileinrichtung 34 weist c ferner einen kolbenartigen Ventilkörper
44 auf, der mittels einer Feder 46 gegen den Ventilsitz 36 gedrängt ist.
-
Der Ventilkörper 44 ist mittels einer Schiebestange 48 betätigbar
und von seinem Sitz abhebbar, und die Schiebestange 48 stößt stumpf gegen
die untere Fläche einer Platte 50, an der die Unterseite einer flexiblen Membran
52 angreift, die mit einer Membrankammer 62 den Stellantrieb bildet. Die Membran
52 steht unter der Einwirkung eines Druckmittels, das mit vorherbestimmtem Druck
von einer geeigneten Druckquelle über eine nicht dargestellte, bei 57 angeschlossene
Zuleitung in eine innerhalb des Klotzes 56 gebildete Kammer 54 zugeliefert wird.
Vorzugsweise befindet sich zur Begrenzung des Stromes in beiden Richtungen zwischen
der Kammer 54
und der Membran 52, und folglich zum Dämpfen des Flatterns
der Membran 52, eine Scheibe 58 mit einer verengten Öffnung 60. Unterhalb
der Membran 52 ist in der Form einer Aussparung im Boden, dem weiteren Gehäuseteil
28, eine untere Membrankammer 62 gebildet. Der weitere Gehäuseteil 28 ist
am Nebengehäuse durch Kopfschrauben 63 und die ganze Anordnung ist am Hauptgehäuse
12 ebenfalls durch Kopfschrauben 63 a befestigt.
-
Die untere Membrankammer 62 steht üer einen in drei Richtungen verlaufenden
Abfühlkanal mit den Bohrungen 66, 67 und 68 unter dem Druck im Auslaßschlitz,
der eine Venturidüse 64 bildet. Wie am deutlichsten aus F i g. 2 und 3 ersichtlich,
ist der Abfühlkanal zum Teil durch abwärts verlaufende Bohrungen 66 und 68 gebildet,
die genüber der Venturidüse 64 versetzt sind und mit dieser in Verbindung stehen.
Um die Bohrung 68, die in die Venturidüse 64 mündet, zu bohren, ist es natürlich
erforderlich, von oben her zu bohren und dabei einen Blinkkanal 68 a zu erzeugen,
der von dem weiteren Gehäuseteil 28 abgedeckt ist und beim Betrieb des Ventils
keine Funktion zu erfüllen hat. Die vertikalen Bohrungen 66 und 68 schneiden eine
horizontale Bohrung 67, die von der Seite des Nebengehäuses 22 her gebohrt ist und
bilden mit diesem einen im allgemeinen U-förmigen Abfühlkanal.
-
An dieser Stelle sei bemerkt, daß die Ausdrücke »horizontal« und »vertikal«
in diesem Zusammenhang sich nur auf die relative Lage der Abschnitte des Abfühlkanals
in der Zeichnung beziehen und daß sich die tatsächliche Lage mit der jeweiligen
Anordnung des Druckregelorgans natürlich ändert.
-
Da der Druck in dem austrittsseitigen Schlitz, d. h. in der Venturidüse
64, an dessen Boden abgefühlt wird, bleibt offenbar der gegen die Membran 52 zur
Wirkung kommende Druck unbeeeinflußt durch den aufwärts gerichteten Strahl des Mediums,
das in den Richtungen der Pfeile strömt, wenn das Ventil anfänglich geöffnet wird
und bevor der volle Strom erreicht ist. Es auch offensichtlich, daß der Druck in
dem Kanal etwas weniger betragen wird als der Druck des Mediums im Austrittskanal
16, 17, dessen Durchmesser größer ist, und unmittelbar dahinter in der Leitung
20, da die Venturidüse 64 einen Hohlraum 64 a von vermindertem Durchmesser
bildet, bevor er gegen den Austrittskanal 16 hin erweitert ist. Der Druck
in einer Venturidrosselstelle ist umgekehrt
proportional zum Quadrat
der Strömungsgeschwindigkeit, und der Druck in einer Leitung nimmt in der gleichen
allgemeinen Beziehung um einen Wert ab, der proportional ist zum Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit.
Da der gleiche Abfühldruck erforderlich ist, um den Ventilkörper 44 entgegen dem
Steuerdruck in der Kammer 54 in seiner Schließstellung zu halten, und da der Abfühldruck
in der Venturidrosselstelle entnommen wird, ist der tatsächliche Austrittsdruck
im Austrittskanal 16 jenseits der Venturidüse 64, also jenseits der Drosselstelle,
um einen Wert größer als der Abfühldruck, der mit steigender Strömungsgeschwindigkeit
zunimmt. Daher gleicht die Venturidüse 64 die übliche Abnahme des Austrittsdruckes
aus, die mit einer Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit Hand in Hand geht, indem
sie einen Druck liefert, der um einen mit der Strömungsgeschwindigkeit zunehmenden
Betrag größer ist als der Abfühldruck. Da der präzise Betrag des erforderlichen
Druckverlustausgleiches von den Eigenschaften des Systems abhängt, in dem das Druckregelorgan
verwendet wird oder sogar von Abschnitt zu Abschnitt des gleichen Systems wechselt,
kann die Venturianordnung nicht für eine in allen Anlagen in gleicher Weise präzise
Druckregelung ausgelegt werden. Es wurde nun gefunden, daß es erwünscht ist, den
Hohlraum 64 a der Venturidrosselsteile derart auszulegen, daß unter allen in Aussicht
genommenen Bedingungen der Druckverlust überkompensiert wird, und dann eine entgegenwirkende
korrigierende Einrichtung vorzusehen, die den Ausgleich genau auf den gewünschten
Wert vermindert.
-
Dieses Merkmal ist am deutlichsten aus den F i g.. 2 und
3 ersichtlich, aus denen sich ergibt, daß: die horizontale Bohrung 67 der
Druckabfühlleitung durch einen auswechselbaren Stopfen 70 verschlossen ist, der
eine Drosselöffnung 72 von ausgewähltem Querschnitt aufweist. Diese Drosselöffnung
72. befindet sich auf der Höhe des. verbreiterten Ringkanals 30 der Mediumleitung
20, die einen ringförmigen Durchtrittskanal um das Nebengehäuse herum bildet, so
daß ein direkter Zugang von der öffnung zum Aus-
trittskanal 16 an einem Punkt
jenseits des Hohlraums 64 a der Venturidrosselstelle geschaffen ist. , Dementsprechend
befindet sich das Medium in dem Ringkanal 30 unter dem austrittsseitigen Druck,
und dieser ist folglich etwas, und zwar um einen mit dem Durchtrittsstrom durch
das Ventil zunehmenden Betrag, höher als derjenige an der Venturidrosselstelle.
Daher strömt durch die aufwärts gerichtete Bohrung 66 Medium mit dem verringerten
Druck des Hohlraumes 64 der Venturidrosselstelle, im Verein mit einer Mediummenge
unter dem austrittsseitigen Druck, in einem Verhältnis, das von der Größe der Drossel
72 bestimmt wird.
-
Infolgedessen kann der Hohlraum 64 a derart ausgelegt werden, daß
der Druck des hindurchströmenden Mediums bei steigender Strömungsgeschwindigkeit
in einem Maß abnimmt, das in jedem System zu hoch ist, in dem die Verwendung des
Druckregelorgans möglicherweise ins Auge gefaßt wurde. Dann wird der Grad der Korrektur
auf den genauen Wert herabgemindert, der für ein bestimmtes System erwünscht ist,
indem ein Stopfen 707 ausgewählt wird, dessen öffnung einen Durchmesser hat, der
ein solches Verhältnis zwischen, austrittsseitigem Medium und venturiseitigem Medium
liefert, das erforderlich ist, um das Maß der Abnahme des gegen die Membran 52 wirkenden
Druckes auf den gewünschten Wert zu vermindern.
-
Das System nach F i g.1 ist schematisch in F i g. 6 gezeigt, nach
welcher der mit dem Ventilsitz 36 zusammenwirkende Ventilkörper 44 durch die auf
die Schiebestange 48 einwirkende Membran 52 betätigbar ist. Es sei angenommen, daß
dem Eintrittskanal 14 von einer nicht dargestellten Pumpe Medium unter > einem Druck
von etwa 422 kg/cm2 zugeliefert wird und daß ein austrittsseitiger Druck von 70,3
kg/cm2 geliefert werden soll. In einem solchen Fall wird das Steuermedium unter
einem Druck eingeführt, der ausreicht, um die Kraft der Feder 46 zuzüglich des Druckes
von 70,3 kg/em2, der unterhalb der Membran herrscht und von der Austrittsseite des
Ventils zugeliefert wird, und - bei dem dargestellten Ventil -zuzüglich der Kraft
des Eintrittsdruckes, der gegen die Unterseite des Ventilkörpers 44 wirkt, zu überwinden.
Wie dargestellt, mündet in den Hohlraum 64 a der Venturidrosselstelle eine Bohrung
68 von verhältnismäßig großem Durchlaßvermögen, so daß der Druck in dieser etwas
geringer ist als der im Austrittskana116, wenn das Medium strömt. Ein Ringkana130,
der durch eine Drosse172 gedrosselt ist, steht mit der Bohrung 68 bei den Bohrungen
66, 67 in Verbindung, so daß der gegen die Unterseite der Membran wirkende Druck
geringer ist als der austrittsseitige Druck bei 16, jedoch höher ist als der verminderte
Druck an der Venturidrosselstelle. Auf diese Weise kann der gegen die Unterseite
der Membran wirkende Druck 70,3 kg/cm2 erreichen und es der Feder 46 zuzüglich des
Eintrittsdruckes ermöglichen, den Ventilkörper 44 zu schließen. Der Druck in der
Ventundrosselstelle kann jedoch nur 69 kg/cm2 und der austrittsseitige Druck bei
16 kann 73,8 kg/cm2 betragen, um einen berechneten Druckverlust infolge der Mediumströmung
von 3,,52 kg/cm2 auszugleichen.
-
Wiederum wird der Querschnitt der Drossel 72
entsprechend den
besonderen Eigenschaften des Strömungssystems derart ausgewählt, daß gegen die Membran
Medium unter hohem und unter niedrigem Druck in dem erforderlichen Verhältnis gerichtet
wird, so daß eine präzise Regelung in, dem besonderen System erzielt wird. Durch
korrekte Auswahl des Stopfens 70 ist das Druckregelorgan für einen weiten Bereich
von Anwendungsfällen derart anpaßbar, daß er eine präzise Regelung gestattet.
-
In F i g. 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei
der der seitliche Abschnitt 67 a des Abfühlkanals direkt in die Venturidrosselstelle
gebohrt ist,. so. daß er an der einen Seite desselben mündet. Wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach F i g. 1 bis 3 schneidet ein vertikaler Kanal 66 a den seitlichen Abschnitt
67 a und dient zum Einführen einer proportionalen Menge von Medium unter austrittsseitigem
Druck durch den Ringkanal 30 und den Drosselkanal.
-
In F i g. 5 ist eine weitere Ausführungsform mit einer abgewandelten
Form eines Nebengehäuses 22 b dargestellt. In diesem Falle werden die Feder 46 und
der Ventilkörper 44 von oben her eingesetzt, und ein Strömungsumlenker, zu dem eine
Hülse 76 mit schlitzartigen Öffnungen 78 in ihrem oberen Teil gehört, hält den Ventilsitz
36 in seiner Stellung. Wenn die Hülse 76 eingebaut ist, strömt das Medium in Richtung
des Pfeils von dem Ventilsitz 36 zu den
Öffnungen 78, die sich oberhalb
der austrittsseitigen Venturidüse 64 befinden. _ Dementsprechend muß das Medium
dann zurück und anschließend in Abwärtsrichtung gegen die Venturidüse 64 strömen,
so daß ein schmaler Strom, beispielsweise wenn der Ventilkörper 44 eben angehoben
wird, auf den Boden der Venturidüse 64 auftrifft. Der abwärts gerichtete Abfühlkanal
68 b kann gerade bis zur Venturidüse 64 gebohrt sein, so daß er in deren oberen
Teil mündet. Dieser Abfühlkanal 68 b wird mit einer Bohrung 80 in dem Gehäuseteil
28 a zur Deckung gebracht, so daß der Venturidruck sich direkt in die Membrankammer
62 fortpflanzt. In diesem Fall kann durch das Nebengehäuse 22 b ein horizontaler
Kanal 67 b gebohrt sein, der den Abfühlkanal 68 b leitend mit dem Ringkanal
30 verbindet. Auf diese Weise kann der Abfühlkanal an einem beliebigen Punkt rund
um den Venturikanal in diesen münden, sofern dieser Punkt gegenüber demjenigen Punkt
der Fläche versetzt ist, gegen den ein Strahl des Mediums unter hoher Geschwindigkeit
durch eine schmale Öffnung gerichtet ist, wenn das Ventil nur geringfügig geöffnet
ist. Auf diese Weise wird die Stoßwirkung als Faktor beim Betrieb der Membran 52
ausgeschaltet.