DE1648038A1

DE1648038A1 - Messregelventil

Info

Publication number: DE1648038A1
Application number: DE19671648038
Authority: DE
Inventors: Masao Sakuma
Original assignee: Keihin Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 1966-08-06
Filing date: 1967-01-12
Publication date: 1971-05-27
Also published as: US3431944A; GB1163419A; JPS485293Y1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Meßregelventil für Durchflußmengenregelung mit einer zwischen einer Eintrittsund einer Auetritteöffnung liegenden hohlen durchgehenden Öffnung, in welcher dem Differenzdruck ausgesetzte, verschiebbare und unter Federdruck stehende Ventilinnenteile vorhanden sind, die durch den Federdruck stromaufwärts gedrückt werden. Das Regelventil soll Druckschwankungen ausgleichen, j.-

Es sind bereits Anstrengungen unternommen worden, um wirkungsvolle und empfindliche Meßregelventile für die Regelung einer konstanten Austrittsflußmenge von Flüssigkeiten, unabhängig von den Schwankungen des Eingahgedruckes, zu schaffen* Hierbei mußten erhebliche Streuungen in Kauf genommen werden· Der Hauptgrund für diesen Mangel kann darin zu suchen

- 2. - ' ' 1 0 9 8 2 7 10 2 S 9

Heue Unterlagen\»$% f Afc.₂ Nr. l'**8 do.Anderungegee. ν,4S.1M»

sein, daß ein Meßregelventil keine lineare Durchfluß-Charakteristik erzielt. Ein Meßregelventil reduziert nicht nur den Wirkungsgrad des Durchflusses, es zeigt auch eine schwankende Regelcharakteristik· Das ist eine Folge der sehr komplizierten Ventildurchgangs-Querschnitte bekannter Ventile· Zu diesen gehören die in den US-Patentschriften Nr. 2 46o 647ι 2 5o8 793t 2 554 79o, 2 6o7 369 und 2 762 beschriebenen Ventile·

Die Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Ventil innenteile in der gerade ausgeführten Öffnung aus zumindest einem Hohlkolben und einem Nadelbauteil bestehen, wobei die stromaufwärts gerichtete Spitze des Nadelbauteils "' mit einer Drosselzone zusammenwirkt·

Hierdurch wird ein Meßregelventil geschaffen, das eine sehr konstante. Durchflußrate an der Ausgangsseite des Ventils mit einem sehr hohen Wirkungsgrad liefert, unabhängig von den möglichen Druckschwankungen des Eingangsdruckes und unter entsprechend stabilisierten Betriebsbedingungen und außerdem mit einem bedeutend einfacheren Aufbau des Ventils·

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der ■* Erfindung dargestellt ist:

Es zeigen:

Fig· 1 einen Längsschnitt durch ein Meßregelventil,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der inneren Teile des Ventils,

Fig· 3 ein Diagramm, in dem die Drosselfläche an der Droaseizone des Meßregelventils über die zeit»

■■■■'■;..■' .-.-.■■■' - 3 -

109822/0259

■ί:·5· weiligen und verschiedenen Differenzdrücke : aufgetragen sind, die zwischen Eingang und ' 'Ausgang des Ventils auftreten, und^si-

Figi ;4 -.ein Diagramm, in welchem die Durchflußmenge,

' -^; ausgedrückt in Prozenten der berechneten kon- *v ; ' ^: stanten Durchflußmenge, über die zeitweiligen und verschiedenen Differenzdrücke zwischen Eingang und Ausgang des Meßregelventils aufgetragen ist. -":"

Ein Ventilgehäuse Io, das beispielsweise aus Guß oder Stahl hergestellt sein kann, umfaßt einen zylindrischen, durch- g bohrten Hauptkörper 11 und Flansche 12 und 13· Das Gehäuse " läßt sich in eine Rohrleitung einsetzen, in der eine beliebige Flüssigkeit, wie Wasser oder ähnliches, gefördert wird· In Fig. 1 ist die Richtung des Durchflusses durch den Pfeil X angezeigt. Das Ventilgehäuse Io ist konzentrisch geformt und mit einer axialen Durchbohrung 14, einer Eintrittsöffnung l4a und einer Austrittsöffnung 14b versehen. Der die Flüssigkeit befördernde Teil der Rohrleitung ist an der Eingangsöffnung l4a und der Ausgangsöffnung l4b angeschlossen und wird durch strichpunktierte Linien 15 und 16 schematisch dargestellt. .

In der Wand der Durchbohrung 14 ist in geringem Abstand von jj der Eintrittsöffnung l4a am Rand eine Hohlkehle 17 angebracht, die einen Sprengring 18 aufnimmt, der als Anschlag für einen Hohlkolben 2o dient. Dieser ist in der Durchbohrung 14 verschiebbar angebracht.

Die Bohrung des Hohlkolbens 2o ist abgesetzt und besteht aus einer reduzierten Eintrittsöffnung 2oa und e₍iner Hauptbohrung 2ob, in der eine Feder 21 untergebracht ist. Wenn der Kolben 2o in seiner Ruhestellung 1st, wie es Fig. 1 zeigt, so wird er durch die Feder 21 gegen den Sprengring 18 gedrückt.

Ein verschiebbarer Hohlzylinder 22 mit einem nach innen gerichteten Kragen 22a ist zwischen Eintritts- und Austritteöffnung in der Durchbohrung 14 angebracht, wobei . die Feder 21 am Kragen 22 anliegt.

Ein Nadelbauteil 24 weist eine durchlöcherte Kreisscheibe 24a und eine geschoßähnliche Kadel 24b auf· Die Kreis scheibe kann mit einer Vielzahl von Löchern versehen werden; im gezeigten Beispiel sind es insgesamt vier Löcher. Zwischen dem Hohlzylinder 22 und der Kreisscheibe 2j|a befindet sich eine Druckfeder 23« die nachgiebig gegen die Elemente 22 und 24 a gepreßt ist, wodurch die Kreisscheibe 24a in kraftschlüssiger Verbindung Bit einem im Inneren des Gehäusekörpers ange-™ brachten Ringflansch l4c steht, der sich in geringem Abstand von der Austrittsöffnung 14b befindet,

Das spitze, gegen den Strom gerichtete Ende der Nadel 24b befindet sich normalerweise innerhalb des Bereichs der reduzierten Eintrittsöffnung 2oa des Kolbens 2o. Eine ringförmige Drosselzone 3o ist konzentrisch über der Längshauptachse in der Durchbohrung 14 angeordnet· Es kann auch vorkommen, daß sich das spitze Nadelende stromabwärts etwas außerhalb der reduzierten Eintrittsöffnung 2oa befinden kann. Ändert sich in dar Eintrittsöffnung l4a der Eingangsdruck der Flüssigkelt i« Rohr 15 zwischen 0,5 - Io kp/cm (siehe Fig· 4) so fe wirkt dieser Flüssigkeitsdruck gegen das stromaufwärts liegende Ende des verschiebbaren Hohlkolbens 2o, der dadurch eine gewisse Strecke in Richtung stromabwärts gegen die Kräfte dar Federn 21 und 23 verschoben wird· Je nach Größe des auftretenden Differenzdruckeβ_f der sich aus der Differenz zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck ergibt, wird die Größe der Drosselfläche in der Drosselzone 3o geregelt, wie aus Diagramm in Fig. 3 ersichtlich. Im vorliegenden Fall bewegt sich der Hohlzylinder 22 stromabwärts, und zwar dann über die halbe Strecke, die der Kolben 2o zurücklegt, wenn die Federn 21 und 23 gleich stark dimensioniert sind.

- 5 -109822/0259

Nach dem Durchgang der Flüssigkeit durch die so bestimmte Drosselfläche in der Zone 3o fließt die Flüssigkeit durch die Hauptdurchbohrung, die um die geschoßähnlich ausgebildete Nadel 24b und im Ventilkörper 11 liegt. Dann strömt die Flüssigkeit durch die Öffnungen 2Ac, die den Strom aufteilen, der anschließend wieder in der reduzierten Durchtrittsöffnung i4c, die durch den Ringflansch begrenzt wird, zusammengeführt wird, und gelangt durch die Austrittsöffnung lkh in das Rohr 16.

Die Durchbohrung des Meßregelventils ist vorteilhafterweise

im wesentlichen gerade und stromlinienförmig ausgebildet.

Diese Tatsache trägt sehr viel zur Erreichung der gewünsch» |

ten Meßwirkung bei, wie aus Fig. 4 gefolgert werden kann.

Obwohl dies aus der Zeichnung nicht ersichtlich ist, können unter gewissen Bedingungen der Hohlzylinder 22 und die Feder 23 weggelassen werdet», wenn eine stärkere und langer ausgebildete Feder die Feder 21 ersetzt. Die in Fig. 4 voll ausgezogene Leistungskurve entspricht jener, die mit dieser vereinfachten und abgewandelten Ausführungsform erhalten wird, während die erste Ausführungsform, wie sie in Figuren 1 und 2 dargestellt ist, eine Leistungskurve ergibt, die in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnet ist. Die Verwendung des vereinfachten Meßregelventile liefert eine merkliche Reduzierung der Durchflußmenge bei Absinken der Differenz- |

drücke. Diese Wirkung ist der Tatsache zuzuschreiben, daß ein kleinerer Differenzdruck eine bedeutend größere Änderung der Drosselfläche in der Drosselzone bewirkt.

Nachstehend wird die Funktionsweise-mathematisch erläutert. Um die gewünschte vorbestimmte konstante Durchflußmenge unabhängig von möglicherweise auftretenden Eingangsdruckschwankungen zu erzielen, ist es nur notwendig, automatisch die Größe der Drosselöffnung in der DrossβIzone in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck

109822/0259

der Flüssigkeit zu regeln. Die Drosselzone kann als Blende aufgefaßt werden, und es haben daher folgende Formeln Gültigkeit:

Q = C₁A₁ >/2g h_t

= ^C2^A2 \/²«^h2

Q ist die Durchflußmenge in ctn^/sec,

2 A₄ i A_ stellen zwei verschiedene Drosselflächen in cm dar; ⁿl* ⁿ2 ^sin<^ ^die dazugehörigen Staudruckhöhen in cm;

C^; C„ sind dimensionslose Konstanten;

2 g ist die Gravitätionskonstante in 980 cra/aec .

c yag h

Daraus folgt: A_g = A₁ _J '

C₂ sf 2g h^ Die Größen C₄. C_nI A₄. h₄ sind für die Anfängsbedingungen

X 6 .ll X

Konstanten und können zu einer einzigen Konstanten C zusammengefaßt werden» womit die Gleichung (1) die Form

^A2 = —— (2)

erhält.

Wird diese Beziehung graphisch dargestellt« so ergibt sich eine zur in Fig· 3 abgebildete ähnliche Kurve.

■- 7-

109827/0259

Bei Betrachtung dieser Kurve ist ersichtlich, daß die notwendige Änderung der Drosselfläche bei niedrigerem Differenzdruck bedeutend höher sein muß, als die Änderung bei höherem Differenzdruck· In der ersten Ausführungsform (siehe Fig. 1 und Fig. 2) ist eine der beiden Federn 21, 23, vorzugsweise die Feder 23» schwächer dimensioniert als die Feder 21, um den zuvor erwähnten Betriebsbedingungen bei niedrigerem Differenzdruck zu genügen· Erst nachdem die schwächere Feder beträchtlich zusammengedrückt wurde, kann die Feder 21 auf den höheren Differenfcdruck ansprechen. Der Einfachheit halber wurde bei der obigen Beschreibung angenommen, daß beide Federn 21 und 23 gleich stark seien. Der Beginn des Regelbereiches ist erreicht,wenn sich der Hohlzylinder 22 und die Kreisscheibe 24a berühren.

Selbst bei der Verwendung des vereinfachten Aueführungsbeispieies, bei dem nur eine einzelne Feder benutzt wird, können die Anforderungen weitgehend erfüllt werden, wie die in Fig. k voll ausgezogene Leistungskurve zeigt.

Ansprüche:

109827./0259

Claims

Ansprüche

1. Meßregelventil für Durchflußmenregelung mit einer zwischen einer Eintritts- und einer Auetritteöffnung liegenden höhlen durchgehenden Öffnung« in welcher dem Differenzdruck ausgesetzte, verschiebbare und unter Fβderdruck stehende Ventilinnenteile vorhanden sind, die durch den Federdruck stromaufwärts gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilinnenteile in der gerade ausgeführten Öffnung aus zumindest einem Hohlkolben (2o) und einem Nadelbauteil (24) bestehen, wobei die stromaufwärts gerichtete Spitze des Nadelbauteile (24) mit einer Droseelzone (3o) zusammenwirkt·

2. Meßregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekenhzeichn e t , daß das Nadelbauteil (24) aus einer geschoßähnlichen Nadel (24b) besteht, die auf einer stromabwärts gelegenen, durchlöcherten Kreisscheibe (24a) koaxial aufgesetzt ist*

3· Meßregelventil nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch

g β k e η η ζ ei c h η e t , daß sich eine Feder (23)

zwischen der Kreisacheibe (24a) und dem Hohlkolben (2o) abstützt.

4» Meßrege!ventil nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwe i Hohlkolben vor» gesehen sind, wobei sieh zwischen den beiden Hohlkolben (2o, 22) und zwischen de» der Kreisscheibe (24a) benachbarten Hohlkolben (22) und der Kreiseeheibe (24a) Federn (21, 23) erstrecken. *

5· Meßregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß di© beiden Federn (21, 23)

Neue Unterlagen (Art. 7 § 1 Abe. 2 Nr. 1 Satz S des Rnderungsges. ν.

1098.22/0259.'

unterschiedlich stark dimensioniert sind.

6« Meßrege!ventil nach Anspruch 5» dadurch g e kennzeichne t , daß die Feder (23) zwischen Kreisscheibe (24a) und benachbartem Hohlkolben (22) schwächer dimensioniert ist als die Feder (21) zwischen beiden Hohlkolben (2o, 22).

109822/0259