DE1650535A1

DE1650535A1 - Fuehrungsbuechse fuer Regelventile

Info

Publication number: DE1650535A1
Application number: DE19671650535
Authority: DE
Inventors: Cusi Eduardo L
Original assignee: Sarco International Corp
Current assignee: Sarco International Corp
Priority date: 1966-08-30
Filing date: 1967-08-23
Publication date: 1972-03-09
Also published as: US3470899A; CH480578A; NL6711585A; NL150567B; ES344298A1; SE332742B; DE6608535U; BR6792128D0; GB1197513A; IL28358A; NO122725B; BE703213A

Description

21. Januar 197o D/ay

Patentanmeldung P 16 5o 535.4
Saroo International Oorp.

Führungsbüchse für Regelventile

Die Erfindung betrifft eine lührungsbüchse für Regelventile mit einem eine Einlaßöffnung» eine Auslaßöffnung*und einen in einer zwischen den beiden Öffnungen gelegenen Wand angeordneten Ventilsitz aufweisenden Gehäuse und einem mit dem Ventilsitz zusammenarbeitenden Ventilkopf, der auf einer innerhalb der Pührungsbüchse gleitbaren Ventilstange angebracht ist.

Ein Beispiel eines Ventils mit einer solchen 3?ührungsbüchse ist das membrangesteuerte Ventil nach der USA-Patentschrift 3.Io3»232. In einem membrangesteuerten Ventil ist das eine Ende der Ventilstange mit einem Verschlußglied, z.B. einem Ventilkopf und mit seinem anderen Ende mit einer biegsamen Membran verbunden, die unter dem Einfluß einer Druckdifferenz steht. Der mittlere Teil der Ventilstange geht durch eine Führungsbüchse hindurch, die zur Sicherung einer genauen Ausrichtung zwischen dem Ventilkopf und seinem Sitz eng anliegen muß. In Ventilen dieser Art wird die Wirksamkeit des Ventilkopfes durch den Druckunterschied zu beiden Seiten der Membran geregelt, wobei der Druck auf der einen Seite der Membran durch ein Regelmittel, das ein Steuerventil

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umfaßt, eingestellt wird. Das Regelmittel fühlt die zu regelnde Größe, z.B. Druck, Temperatur usw. und übermittelt der einen Seite der Membran mittels einer Druckänderung die erforderliche Änderung. Der Druck auf der anderen Seite der Membran wird durch das zu regelnde Strömungsmittel geliefert, das mit der anderen Seite der Membran durch eine kleine Öffnung, z.B. das Spiel zwischen der Ventilstange und seiner Führungsbüchse in Verbindung steht. Das Strömungsmittel ist fast immer durch feste Gegenstände verunreinigt, die stark dazu neigen, sich in dem Spalt zwischen Ventilstange und Führungsbüchse anzusammeln und die so zu einer unerwünschten Abnützung als folge der erhöhten Reibung und zu einer ungenauen Regelung führen. Das Letztere wird hauptsächlich durch zwei Faktoren verursacht: Die erhöhte Reibung zwischen der ; Ventilstange und ihrer Führungsbüchse und eine verstopfte Öffnung, durch die der Druckausgleich zwischen dem Strömungsmittel und der Membran erfolgt. Da das Ventil unter der Voraussetzung der zwischen einer glatten Ventilstange und einer reinen Führungsbüchse auftretenden Reibung dimensioniert! wurde, führt eine Schmutzabsetzung zu einem ungenauen Arbei-* ten des Ventils, weil die Steigerung der Reibung eine größere, auf die Membran wirkende und den Ventilkopf steuernde Antriebskraft erfordert. Aus diesem Grund wird in Abhängigkeit vom Grad der Absetzung von Verunreinigungen eine bestimmte Druckdifferenz zu beiden Seiten der Membran verschieden große Bewegungen des Ventilkopfes verursachen. Ist das Spiel zwischen der Ventilstange und der Führungsbüchse durch die Sehmutzabsetzung verringert, folgt der Druck auf der einen Seite der Membran dem Druck des Strömungsmittels nicht schnell genug, was zu einer Verzögerung der Reaktion führt. Wenn das Spiel zwischen Ventilstange und Führungsbüchse groß gehalten ist, um ein Absetzen von Verunreinigungen zu vermeiden, wird durch Flattern eine Instabilität der Wirksamkeit des Ventiles verursacht.

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Es ist daher ein Zeil der Erfindung, eine verbesserte, sich selbst reinigende Führungsbüchse zu schaffen und so das Ventil zu verbessern, seine Instandhaltung zu erleichtern und die Stabilität seiner Wirksamkeit zu erhöhen.

Hierzu schlägt die Erfindung vor, daß bei einer Führungsbüchse für Regelventile der eingangs beschriebenen Bauart die Führungsbüchse eine die Ventilstange mit Spiel aufnehmende Durchbohrung aufweist, deren eines Ende dem Druck einer dem Ventilsitz nachgeschalteten Auslaßkammer ausgesetzt ist und deren anderes Ende zu einer im unteren Teil der Führungsbüchse vorhandenen Aushöhlung führt, die mit dem einen Ende mindestens eines in der Führungsbüchse vorgesehenen Kanals verbunden ist, dessen anderes Ende einem Druck ausgesetzt ist, der geringer als der Druck in der Auslaßkammer ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, anhand der anliegenden Zeichnungen durchgeführten Beschreibung ersichtlich werden·

Pig. 1 zeigt den Längsschnitt durch ein Ventil mit einer Führungsbüchse, entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung,

Pig. 2 zeigt einen vergrößerten Längsschnitt der Führungsbüchse nach der Fig. 1,

Fig. 3 zeigt den Querschnitt nach der Linie 3- 3 der Fig. 2, Fig. 4 zeigt den Längsschnitt durch eine Führungsbüchse, entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Kurz gesagt betrifft die Erfindung eine Führungsbüchse für

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Regelventile, die bewirkt, daß ein kleiner Teil des zu regelnden Strömungsmittels (Flüssigkeit, Gas, Dampf) mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit durch den Spalt zwischen der Führungsbüchse und der Ventilstange strömt. Eine solche Strömung wird durch einen in der Führungsbüchse vorgesehenen " Kanal hervorgerufen, dessen eines Ende in Strömungsverbindung mit dem einen Ende des Spaltes und dessen anderes Ende in Strömungsverbindung mit einer Quelle verringerten Druckes steht. Eine solche Quelle verringerten Druckes ist das entlang der Außenseite der Führungsbüchse verlaufende Gebiet, das unmittelbar an das Ende der Führungsbüchse angrenzt, gegen das das geregelte Strömungsmittel, z.B. Flüssigkeit, nach dem Durchgang durch die Öffnung im Ventilsitz anprallt. Die Flüssigkeit wird nach der Seite hin durch die Führungsbüchse abgelenkt, durchströmt dieses Gebiet mit einer verhältnismäßig großen Geschwindigkeit und verursacht dadurch an dieser Stelle einen Druckabfall. Durch den Kanal wird der niedere Druck zu dem einen Ende des Spaltes weitergeleitet. Das andere Ende des Spaltes unterliegt einem höheren Druck, der sich aus einem verhältnismäßig höheren statischen Druck und einem dynamischen Druck zusammensetzt, der durch die auf die Oberfläche der Führungsbüchse, dort wo die Ventilstange in die Führungsbüchse eintritt, aufprallende Flüssigkeit verursacht wird. Dieses Gebiet hohen Druckes verursacht einen Flüssigkeitsstrom durch den Spalt hindurch vom Gebiet hohen Druckes zum Gebiet niederen Druckes. Weil der Druckunterschied ein erheblicher ist, ist auch die Geschwindigkeit der Flüssigkeit eine hohe, wodurch der Spalt durch Wegschwemmen frei von der Ablagerung fester Gegenstände bleibt.

In der Fig. 1 ist ein Regelventil 10 von der eine Führungsbüchse nach der Erfindung verwendenden Bauart dargestellt.

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Das Regelventil wird im nachfolgenden nur zur Erläuterung beschrieben und es stellt nur eine von vielen Ventilbauarten dar, in denen eine Führungsbüchse nach der Erfindung verwendet werden kann. Das Regelventil 10 umfaßt vor allem ein Gehäuse 11 mit einer Einlaßöffnung 12 und einer Austrittsöffnung 14, die durch eine !Trennwand 16 mit einer Öffnung 18 geschieden sind. In der Öffnung 18 ist ein Ventilsitz 20 gelagert, durch dessen Öffnung 22 das zu regelnde Strömungsmittel, z.B. Flüssigkeit, von der Einlaßöffnung 12 zur Austrittsöffnung 14 strömt.

Die Regelung des Strömungsmittels erfolgt durch einen Ventilkopf 24, dessen Ventilstange 26 sich durch die Öffnung 22 und die Führungsbüchse 28 nach unten erstreckt und mit ihrem unteren Ende an einer biegsamen Membran 30 befestigt ist. Die Führungsbüehse 28 ist in einem sich nach innen erstrekkenden Flansch des Ventilgehäuses 90 gelagert, daß sie zusammen mit der Membran 30 und dem Gehäuse 11 eine obere Membrankammer 32 begrenzt, die unmittelbar über der oberen Oberfläche der Membran liegt. Unterhalb der Membran ist eine weitere Membrankammer 34 vorgesehen, deren Druck durch geeignete Mittel zur Regelung einer Strömung durch die öffnung 22, z.B. ein nicht dargestelltes Steuerventil, eingestellt wird. Der Druck in der oberen Membrankammer 32 wird durch die weiter unten beschriebene Verbindung mit der Auslaßöffnung direkt proportional zum Flüssigkeitsdruck in der Auslaßöffnung gehalten. Eine Feder 36, die bestrebt ist, den Ventilkopf 24 in seine Schließstellung zu bewegen, erhöht die durch die Ventilstange 26 übertragene Schließkraft,

Wenn im Betrieb ein Signal übermittelt wird, die Strömung zu verstärken, wird der Druck in der unteren Membrankammer 34

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erhöht und die von unten auf die Membran wirksame Kraft übersteigt die Summe der Federkraft und des Druckes in der oberen Membrankammer 32 und dadurch wird die Membran nach oben durchgebogen und der Ventilkopf 24 abgehoben. Dann strömt das Strömungsmittel, z.B. Flüssigkeit, aus dem Einlaßkanal 12 durch die Öffnung 22, durch die Austrittskammer 38 und die Austrittsöffnung 14. Durch diese Strömung steigt der Druck in der Austrittskammer 38, der zur oberen Membrankammer 32 weitergeleitet wird und dieser Druck verursacht eine Verstellung des Ventilkopfes zwecks Einstellung der verlangten Stromstärke. Die Führungsbüchse 28 und besonders der Spalt 40 zwischen der Führungsbüchse und der Ventilstange 26 sind ständig der Strömung des Strömungsmittels ausgesetzt· Das Strömungsmittel enthält fast immer feste Verunreinigungen, die sich sodann im Spalt ansammeln. Jede Ansammlung fester Verunreinigungen im Spalt 40 beeinträchtigt aber wesentlich die Lebensdauer des Ventils» vermehrt die Reibung zwischen der Ventilstange und der Führungsbüchse, erschwert ea der Membran 30, den Ventilkopf 24 anzuheben und stört die wirksame Übertragung des Druckes in der Austrittskammer 38 zur oberen Membrankammer 32.

Um diese Mangel zu beheben, ist die Ftihrungsbüchse 28 mit einer Selbstreinigungseinrichtung ausgestattet, durch die das fremde Material aus dem Spalt 40 sicher entfernt wird. In den fig. 2 und 3 ist die gemäß der Erfindung verbesserte Führungsbüchse besonders klar erkennbar. Die Führungsbüchse 28 weist eine mittlere Bohrung 41 auf, deren Durchmesser um einen geringen Betrag größer ist als der Durchmesser der von der Bohrung 41 aufgenommenen Ventilstange 26. Der Spalt 40 zwischen der Führungsbüchse 28 und der Ventilstange 26 muß zwar auf einem Minimum gehalten werden, um eine genaue

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Führung zwischen Ventilkopf 24 und seinem Sitz 20 sicherzustellen, aber zwischen der Führungsbüchse 28 und der 'Ventilstange muß andererseits ein hinreichendes Spiel vorhanden sein, das die Hin- und Herbewegung der Ventilstange innerhalb der Führungsbüchse ohne wesentliche Reibung oder Abnützung zuläßt. Nahe dem unteren Ende der Führungsbüchse 28 ist eine kreisförmige Aushöhlung 42 vorgesehen, die in Strömung sverbindung mit der Bohrung 41 und einer Mehrzahl verhältnismäßig weiter Kanäle 44 steht, die sich durch die Führungsbüchse nach oben erstrecken und nahe der oberen Begrenzungsflache 46 der Führungsbüchse enden. Eine ringförmige Nut 48 erstreckt sich von dem äußeren Mantel 49 der Führungsbüchse radial nach innen und schneidet die Kanäle 44 an ihrem oberen Ende. Dadurch wird eine Strpmungsverbindung zwischen der ringförmigen Nut,48 und der Bohrung 41 durch die Kanäle 44 und die kreisförmige Aushöhlung 42 herfrestellt.

In einer Nut 52 am 3oden der Führungsbüchse 28 liegt eine Trennplatte 50 mit einer zentralen Öffnung 54"» deren Durchmesser um einen geringen Betrag größer ist als der der Ventilstanre 26, so daß eine Hin- und Herbewegung der Ventilstange 26 innerhalb der Öffnung 54 möglich ist. Der Flüssigkeitsdruck in der Austrittskammer 38 wird in die obere Membrankammer 32 durch die Kanäle 44 und die Öffnung 54 übertragen. Das Spiel zwischen der Ventilstange 26 und der Trennplatte 50 ist klein genug, um zwar einen Druckausgleich zuzulassen, schließt aber eine 3trömungsverbindung aus. Aufgabe der Trennplrtte 50 ist eine leichte Verzögerung der Druckübertragung von der Austrittskammer 38 zur oberen Membrankammer 32 durch die Führungbuchse hindurch, um dadurch ein Flattern der Membran 30 und des Ventilkopfes 24 zu verhindern» Eine weite

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Öffnung würde den Druck in der Austrittskammer 30 unverzüglich in die obere Membrankammer 32 weiterleiten, was eine regellose Ventiltätigkeit zur Folge haben würde. Eine Abnahme des Auslaßdruckes würde unverzüglich zu einer entsprechenden Druckabnahme in der oberen Membrankammer 32 führen, wodurch die Membran nach oben durchgebogen und der Ventilkopf 24 von seinem Sitz abgehoben würde. Die Öffnung des Ventils verursacht eine verstärkte Strömung durch die Öffnung 22 des Ventilsitzes 20, die den Druck in der Austrittskammer 38 erhöht, der unverzüglich- in die obere Membrankammer 32 weitergeleitet wird, wodurch eine Tendenz zum Schließen des Ventilkopfes entsteht, was zu einem Flattern des Ventils führt. Dadurch, daß die Trennplatte 50 nur ein Minimum an Spiel zwischen ihr und der Ventilstange zuläßt und auf diese Weise nur ein minimaler Kanal für die Druckübertragung zur Verfügung steht, wird die Druckübertragung zwischen der Austrittskammer 38 und der oberen Membrankammer 32 hinreichend verzögert, um ein solches _V3?lattern zu verhindern.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß bei geöffnetem Ventilkopf 24 das Strömungsmittel durch die Öffnung 22 hindurchströmt und sodann auf die obere Begrenzungsfläche 46 der Führungsbüchse 28 an der Stelle aufprallt, an der die Ventilstange 26 in die Führungsbüchse 28 eintritt, was zu einer radial nach außen gerichteten, mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit erfolgenden Ablenkung des Strömungsmittels führt. Die parallel zur mittleren Bohrung 41 verlaufende G-eschwindigkeitskomponente wird unter Hervorrufung eines den Druck im Austrittskanal 38 übersteigenden dynamischen Druckes vernichtet. Die hinter der seitlichen Begrenzung der Führungsbüchse vorhandene rasche, zur AustrittsÖffnung 14 hin gerichtete Strömung führt zu einem Druckabfall in dem

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der Seite der Führungsbüchse benachbarten G-ebiet. Die radiale, ringförmige Nut 48 liegt in der seitlichen Begrenzung der Führungsbüchse nahe deren oberen Ende, d.h. in dem G-ebiet des niederen Druckes. Der ganze Preßdruck am Eintrittsende I der mittleren Bohrung 41 und der verringerte Druck am Aus- j trittsende der Kanäle 44 führen zu einer erheblichen Druck- ■ differenz zu beiden Seiten der mittleren Bohrung. Da die Kanäle 44 und die kreisförmige Aushöhlung 42 verhältnismäßig weit sind, herrscht zwischen der Aushöhlung 42 und der Nut 48 nur ein geringer Druckabfall und der an der Nut 48 vornan- ; dene niedere statische Druck pflanzt sich bis zum unteren ! Ende der mittleren Bohrung 41 fort. Dieser verringerte Druck j am unteren Ende der Bohrung 41 verursacht eine Strömung des Strömungsmittels durch den zwischen der Ventilstange 26 und der Führungsbüchse 28 vorhandenen Spalt 40. Dieser Flüssigkeitsstrom gelangt dann durch die Kanäle 44 und die Hingnut 48 in den Hauptstrom und reinigt dabei die von ihm durchflossene Bohrung 41 und die Kanäle 44.

Die Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die anstelle der Kanäle 44 und der Nut 48 der ersten Ausführungsform ein Rohr 54 verwendet. Dieses Rohr 54 steht mit der kreisförmigen Aushöhlung 42 am unteren Ende der Bohrung

41 der Führungsbüchse in Verbindung. Das von der Aushöhlung

42 entfernte Ende 56 des Rohres liegt in irgendeinem G-ebiet passenden niedrigen Druckes innerhalb des Ventils IO oder einer Strömung oder einer fremden, nicht dargestellten Quelle niederen Druckes.

Wenn auch die Fig. 2 und 4 eine Führungsbüchse mit einer flachen oberen Begrenzungsfläche darstellen, so können doch

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auch andere Begrenzungs flächen verwendet werden, die eine Erhöhung des Druckunterschiedes entlang dem zu reinigenden Durchfluß "bewirken.

Wie aus dem oben Gesagten zu entnehmen ist, wird durch die Erfindung eine sich selbst reinigende I¹UhTungsbüchse geschaffen, die die Wirkungsweise des Ventils verbessert und durch das Verhindern einer Ansammlung von festen Verunrei_ nigungen in dem Spalt zwischen der Führungsbüchse und der Ventilstange die lebensdauer des Ventils erhöht.

Wenn auch oben nur zwei besondere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, so können doch, wie der Fachmann erkennt, verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne daß der Umfang der Erfindung verlassen wird. Daher sollen die nachfolgenden Ansprüche auch alle diese Veränderungen umfassen, soweit sie innerhalb des Gedankens und dem Bereich der Erfindung liegen.

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- 11 Ansprüche

Claims

V/ Ansprüche

1. Führungsbüchse für Regelventile mit einem eine Einlaßöffnung, eine Auslaßöffnung und einen in einer zwischen den beiden Öffnungen gelegenen Wand angeordneten Ventilsitz aufweisenden Gehäuse und einem mit dem Ventilsitz zusammenarbeitenden Ventilkopf, der auf einer innerhalb der Führungsbüchse gleitbaren Ventilstange angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbuchse (28) eine die Ventilstange (26) mit Spiel aufnehmende Durchbohrung (41) aufweist, deren eines Ende dem Druck einer dem Ventilsitz (20) nachgeschalteten Auslaßkammer (38) ausgesetzt ist und deren anderes Ende zu einer im unteren Teil der Führungsbühse

(28) vorhandenen Aushöhlung (42) führt, die mit dem einen Ende mindestens eines in der Führungsbüchse (28) vorgesehenen Kanals (44) verbunden ist, dessen anderes Ende einem Druck ausgesetzt ist, der geringer als der Druck in der Auslaßkammer (38) ist.

2. Führungsbüchse nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kanals (44) größer als der des Spiels in der Durchbohrung (41) ist.

3. Führungsbüchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (46) der Führungsbüchse (28) innerhalb der Auslaßkammer (38) liegt und auf seiner Außenfläche eine ringförmige Nut (48) aufweist, in die das zweitgenannte Ende des Kanals (44) mündet und die ein G-ebiet verhältnismäßig niederen Druckes in der Auslaßkammer (38) bildet.

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4. Führungs"büchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kanal durch mindestens eine Leitung (54) ersetzt ist, deren eines Ende mit der Aushöhlung (42) verbunden und deren anderes Ende einem Druck ausgesetzt ist, der geringer als der Druck in der Auslaßkammer (38) ist.

5. Führungsbüchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweitgenannte Ende der Leitung (54) in einem außerhalb des Ventils gelegenen Gebiet niederen Druckes gelegen ist.

6. Führungsbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer unterhalb der Aushöhlung (42) der Führungsbüchse (28) vorgesehenen Innennut (52) eine Trennplatte (50) mit einer koaxial mit der Ventilstange (26) verlaufenden Durchbohrung (54) vorgesehen ist, die die Ventilstange (26) mit einem geringeren Spiel umfaßt, als die erstgenannte Durchbohrung (41).

7. Pührungsbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushöhlung (42) mit einer Druckkammer (32) auf der einen Seite einer biegsamen, unter dem Einfluß der auf sie einwirkenden Druckdifferenz stehenden Membran (30) liegt, die mit der Ventilstange (26) verbunden ist, die den Ventilkopf (24) von seinem Ventilsitz (20) abhebt und auf ihn aufsetzt.

Der Patentanwalt

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L e e r s e i t e