DE19824630A1

DE19824630A1 - Axialer Membranregler mit Drossel und Regelventil

Info

Publication number: DE19824630A1
Application number: DE19824630A
Authority: DE
Inventors: Milan Medvescek
Original assignee: Individual
Current assignee: Ta - Regulator Proizvodnja Regulacijskih Ventilov
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: DE19824630B4; SI9700147A

Description

Gegenstand der Erfindung ist die Kombination eines axialen Membranreglers für den Volumenstrom oder die Differenzdruckregelung von Flüssigkeiten und Gasen, mit einer Drossel und einem Regelventil. Anwendungsbereiche sind insbesondere Verteilungsnetze in Zentralheizungs- oder Klimaanlagen und Übergabestationen in Fernwärmenetzen.

Es gibt drei technische Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden.

Problem 1

Der Regler soll kompakt und klein, aber trotzdem genau sein. Dabei sollen die Kapazität hoch und Eigendruckverluste gering sein.

Problem 2

Die Einstellung des Volumenstromes soll einfach und zuverlässig sein.

Problem 3

Das Regelventil soll gegen einen kleinen Differenzdruck arbeiten. Ohne ein zusätzliches Überströmventil soll die Möglichkeit der Blockierung des Volumenstromes verhindert werden.

Bekannte Lösungen für Problem 1

Bekannt sind kombinierte Regler, die aus einem Durchgangs- Regelventil mit eingebauter Drossel und Membranantrieb bestehen. Der Druckverlust im Durchgangs-Regelventil ist relativ hoch. Der Durchmesser des Ventilsitzes muß deswegen groß sein. Dadurch muß auch der Membranantrieb groß sein, um die Kräfte am Ventilsitz und am Entlastungskolben zu beherrschen. Der Membranantrieb ist unter dem Ventilgehäuse angeordnet und ragt deswegen weit in den Raum. Die Bauhöhe ist groß. Ein Nachteil ist darin zu sehen, daß kleiner und kompakter nur auf Kosten der Genauigkeit und der Kapazität gebaut werden kann.

Bekannt ist auch ein Membranregler in axialer Form nach dem slowenischem Patent 9500294, welcher für die Volumenstrom- und die Differenzdruckregelung geeignet ist. Eine zusätzliche Temperaturregelung ist damit aber nicht möglich.

Bekannte Lösungen für Problem 2

Bei bekannten Reglern ist die Drossel beweglich angeordnet und dient gleichzeitig zur Einstellung des Volumenstromes und zur Temperaturregelung. Dies hat zwei Nachteile. Die Einstellung des maximalen Volumenstromes durch bewegliche Teile ist nie sehr zuverlässig. Durch das Anbauen des Stellantriebes an die Drossel ist eine genaue und übersichtliche Hubbegrenzung sehr schwierig und kompliziert. Man ist ohne genaue Prüfung nie ganz sicher, ob die Einstellung noch stimmt und was tatsächlich eingestellt ist.

Bekannte Lösungen für Problem 3

Bei bekannten Reglern ist die Drossel beweglich angeordnet und dient gleichzeitig zur Einstellung des Volumenstromes und zur Temperaturregelung. Der Differenzdruck an der Drossel wird mit einem nachgeschaltetem Durchgangs-Regelventil mit Membranantrieb geregelt. Die Stellantriebe für die Temperaturregelung, durch die die Drossel bewegt wird, sind relativ schwach und können die Drossel, wenn diese einmal geschlossen ist, beim Vorliegen einer größeren Druckdifferenz an der Drossel ist nicht mehr öffnen. Diese Situation entsteht bei einer dichtem Drossel und einem undichten Durchgangs- Regelventil. In diesem Fall, daß die Drossel nicht mehr geöffnet werden kann, kann ein Durchfluß nicht mehr erreicht werden und liegt eine Störung vor. Um dies zu vermeiden, wird parallel zur Drossel ein kleines Überströmventil eingebaut, durch welches die Überlastung der Drossel verhindert wird. Durch die Kapazität des Überströmventils muß die Undichtigkeit im Regelventil kompensiert werden. Das Überströmventil ist meistens sehr klein und kann nur eine begrenzte Undichtigkeit kompensieren. Dies bedeutet Unsicherheit und ist ein Nachteil.

Lösung des Problemes 1 nach der Erfindung

In einem gemeinsamen Gehäuse sind drei funktionell komplette und selbständige Ventile in axialer Ausführung eingebaut: in Durchflußrichtung zuerst eine Drossel, dann ein Regelventil und zuletzt ein Volumenstromregler. Die Drossel dient nur zur Einstellung des Volumenstromes und bleibt danach in ihrer Voreinstellung konstant und unbeweglich. Das Regelventil dient zur Regelung der Temperatur oder anderer Parameter. Dabei dient der Druckabfall in der Drossel und im Regelventil zur Steuerung des Volumenstromreglers. Der Vorteil ist eine kompakte Bauweise und ein kleiner Eigendruckverlust bei guter Genauigkeit und großer Kapazität.

Lösung des Problemes 2 nach der Erfindung

Die Drossel dient nur zur Einstellung des Volumenstromes und ist nach der Einstellung in dieser konstant und unbeweglich. Die Drossel ist gut zugänglich. An der Drossel kann eine Skala zur genauen Einstellung angebracht werden. Die Einstellung ist dadurch einfach und übersichtlich. Durch die Konstanz und unverändert bleibende Einstellung ist der Betrieb ganz zuverlässig.

Lösung des Problemes 3 nach der Erfindung

Die Drossel ist fest eingestellt und wird nie dicht zugemacht. Das Regelventil ist in Strömungsrichtung hinter der Drossel angeordnet und wird durch zu große Druckdifferenzen nur geöffnet und nicht geschlossen. Eine dauernde Blockierung des Durchflusses ist ausgeschlossen. Ein Überströmventil ist nicht erforderlich. Das Regelventil arbeitet nur gegen einen geringen Differenzdruck, weil der Rest im Volumenstromregler abgebaut wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform wird anhand der Fig. 1 beschrieben und ist in ihren Einzelheiten aus der Figur ersichtlich.

In einem gemeinsamen Ventilgehäuse 1 sind in Strömungsrichtung hintereinander drei Ventile angeordnet, nämlich die Drossel 7, das Regelventil 19 und der Volumenstromregler 22, jeweils in axialer Ausführung. Im Ventilgehäuse sind drei Öffnungen: die Eintrittsöffnung 2, die Mittelöffnung 18 und die Austrittsöffnung 8. Der Ventilsitz der Drossel ist mit 3 und der Ventilsitz des Regelventiles ist mit 21 bezeichnet, wobei der Ventilsitz 3 und der Ventilsitz 21 an entgegengesetzten Seiten desselben Strömungsdurchgangs angeordnet sind. Der Ventilteller der Drossel ist mit 4 und der des Regelventiles ist mit 20 bezeichnet. Die innere Impulsbohrung V+ verbindet die Eintrittsöffnung 2 und in die Membrankammer 14 vor der Membrane 13 des Regelventils. Der Druck V- aus der Mittelöffnung 18 wirkt durch die Impulsbohrung 17 am Membranteller 16 auf die Membrane 13. Die Feder 12 drückt über den Membranteller gegen die Membrane und versucht, den beweglichen Ventilsitz 10 gegen den festen Ventilteller 9 zu bewegen. Der Ventilsitz 10 ist abgedichtet mit Dichtung 11. Die Drossel ist gegen Verdrehung mit Mutter 6 gesichert. Das Medium fließt aus der Rohrleitung in die Eintrittsöffnung 2, dann in der Drossel durch den Spalt zwischen Ventilteller 4 und Ventilsitz 3 und durch den Spalt zwischen Ventilteller 20 und Ventilsitz 21 im Regelventil weiter in die Mittelöffnung 18. Dann fließt es durch den Spalt zwischen Ventilsitz 10 und Ventilteller 9 im Volumenstromregler in die Austrittsöffnung 8. Der Druck des Mediums aus der Eintrittsöffnung wirkt durch die innere Impulsbohrung V+ und die Membrankammer 14 auf die Membrane 13 gegen die Kraft der Feder 12 und gegen den Druck V-, welcher aus der Mittelöffnung 18 durch die Impulsbohrung 17 im rohrähnlichem Ansatz 15 des Membrantellers 16 auf die Membrane wirkt. Der Volumenstrom, bei welchem der Volumenstromregler 22 zu schließen beginnt (maximaler Volumenstrom), wird durch eine entsprechende Drosseleinstellung der Drossel 7 eingestellt. Dabei muß das Regelventil 19 ganz offen sein. Beim Schließen des Regelventiles wird der Druck V- in der Mittelöffnung kleiner und bewirkt damit auch die Schließbewegung im Volumenstromregler. Das Regelventil wirkt dadurch immer nur gegen den Druck, welcher der Kraft der Feder 12 entspricht, und nicht gegen die volle Druckdifferenz zwischen Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung. Das Regelventil kann über einen Stellantrieb auch durch andere Parameter gesteuert sein und nicht nur durch eine gewisse Temperatur.

Eine weitere Ausführungsform wird anhand der Fig. 2 beschrieben und ist in ihren Einzelheiten aus der Figur ersichtlich.

Die Kombination zur Regelung der Temperatur und des Differenzdruckes unterscheidet sich von der Kombination zur Regelung der Temperatur und des Volumenstromes nur darin, daß die innere Impulsbohrung V+ nicht besteht, sondern statt dessen eine äußere Impulsleitung dp+ angeordnet ist, durch welche der Druck vor dem Verbraucher auf die Membrane 13 wirkt. Der Druck aus der Mittelöffnung 18 wirkt als dp- auf die Membrane. Der Differenzdruck, bei welchem das Ventil 22 mit der Schließbewegung beginnt, ist durch die Kraft der Feder 12 festgelegt.

Zusammenfassend ist durch die Erfindung ein axialer Membranregler für Volumenstrom- oder Differenzdruckregelung geschaffen, der mit einer Drossel und einem Regelventil kombiniert ist, wobei der Druckabfall in der Drossel und im Regelventil an der Membrane 13 des Membranreglers gegen die Kraft der Feder 12 wirkt, und damit durch die Bewegung des Ventilsitzes 10 auf die Größe des Volumenstrom wirkt. Die Drossel, das Regelventil und der Membranregler sind drei komplett voneinander getrennte und selbständig wirkende Einheiten, die in einem gemeinsamen kompaktem Ventilgehäuse 1 angeordnet sind, wobei das in Durchflußrichtung erste Ventil in Form einer von Hand einstellbarer Drossel 7, das in Durchflußrichtung zweite Ventil in Form eines Regelventiles 19, welches für die Betätigung durch verschiedene Stellantriebe oder auch zur Handabsperrung des Volumenstromes geeignet ist, und das in Durchflußrichtung dritte Ventil in Form eines axialen Volumenstromreglers 22 vorliegen. Die zur Regelung des Volumenstromes erforderliche Druckdifferenz an der Membrane 13 entsteht in der Drossel 7 und im Regelventil 19.

Das Regelventil 19 ist insbesondere so angeordnet, daß der Differenzdruck, welcher an Ventilteller 20 wirkt, in Richtung des Öffnen des Regelventils wirkt.

Der Druck aus der Eintrittsöffnung 2 vor der Drossel 7 wirkt bei der Ausführungsform aus Fig. 1 durch eine innere Impulsbohrung V+ an der einen Seite der Membrane 13, und der Druck aus der Mittelöffnung 18 hinter der Drossel 7 und dem Regelventil 19 wirkt durch die Impulsbohrung 17 im Membranteller 16 an die andere Seite der Membrane 13, wobei der rohrförmige bewegliche Ventilsitz 19 fest mit dem Membranteller 16 verbunden ist und durch Dichtung 11 abgedichtet ist, und der Ventilteller 9 fest in das Ventilgehäuse 1 eingebaut und unbeweglich ist.

Bei der Ausführungsform aus Fig. 2 ist die innere Impulsborung V+ nicht vorhanden. Statt dessen wirkt durch eine äußere Impulsleitung dp+ auf die eine Seite der Membrane 13 der Druck vor dem Verbraucher, so daß der axiale Membranregler 22 in Abhängigkeit von der Summe der Druckabfälle im Verbraucher und in der Drossel 7 und im Regelventil wirkt. Bei dieser Ausführungsform kann die Drossel 7 auch entfallen.

Claims

1. Ventilkombination aus einem axialen Membranregler für Volumenstromregelung oder Differenzdruckregelung von Flüssigkeiten und Gasen, einer Drossel und einem Regelventil, wobei die Drossel, das Regelventil und der Membranregler drei komplett voneinander getrennte und selbständig wirkende Einheiten sind, die in einem gemeinsamen kompaktem Ventilgehäuse (1) angeordnet sind, wobei das in Durchflußrichtung erste Ventil die Drossel (7) ist und von Hand einstellbar ist, und das in Durchflußrichtung zweite Ventil das Regelventil (19) ist, welches einen Stellantrieb aufweist und/oder zur Handabsperrung des Volumenstromes ausgelegt ist, und das in Durchflußrichtung dritte Ventil der axiale Membranregler (22) ist, wobei der Druck hinter der Drossel und dem Regelventil auf die Membrane (13) des Membranreglers der Kraft von dessen Ventilfeder (12) entgegenwirkend geleitet ist.

2. Ventilkombination nach Anspruch 1, wobei das Regelventil (19) so ausgelegt ist, daß der Differenzdruck, welcher auf seinen Ventilteller (20) wirkt, in Richtung des Öffnens des Regelventils wirkt.

3. Ventilkombination nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ventilteller (9) des Membranreglers (22) fest in das Ventilgehäuse (1) eingebaut und stationär ist, und der Ventilsitz (10) des Membranreglers (22) rohrförmig ist und fest mit dessen Membranteller (16) verbunden und daher mit diesem beweglich ist.

4. Ventilkombination nach Anspruch 3, wobei der Druck aus der Eintrittsöffnung (2) vor der Drossel (7) über eine innere Impulsbohrung (V+) an die eine Seite der Membrane (13) des Membranreglers geleitet ist und der Druck aus der Mittelöffnung (18) hinter der Drossel (7) und dem Regelventil (19) über eine Impulsbohrung (17) im Membranteller (16) an die andere Seite der Membrane (13) geleitet ist, so daß der Membranregler (22) in Abhängigkeit von der Summe der Druckabfälle in der Drossel (7) und im Regelventil wirksam ist.

5. Ventilkombination nach Anspruch 3, wobei der Druck vor dem Verbraucher durch eine äußere Impulsleitung (dp+) auf die eine Seite der Membrane (13) des Membranreglers (22) geleitet ist und der Druck aus der Mittelöffnung (18) hinter der Drossel (7) und dem Regelventil (19) über eine Impulsbohrung (17) im Membranteller (16) an die andere Seite der Membrane (13) geleitet ist, so daß der Membranregler (22) in Abhängigkeit von den Druckabfällen im Verbraucher und in der Drossel (7) und im Regelventil wirksam ist.

6. Ventilkombination aus einem axialen Membranregler für Volumenstromregelung oder Differenzdruckregelung von Flüssigkeiten und Gasen und einem Regelventil, wobei das Regelventil und der Membranregler zwei komplett voneinander getrennte und selbständig wirkende Einheiten sind, die in einem gemeinsamen kompaktem Ventilgehäuse (1) angeordnet sind, wobei das in Durchflußrichtung erste Ventil das Regelventil (19) ist, welches einen Stellantrieb aufweist und/oder zur Handabsperrung des Volumenstromes geeignet ist, und das in Durchflußrichtung zweite Ventil der axiale Membranregler (22) ist, wobei das Regelventil (19) so ausgelegt ist, daß der Differenzdruck, welcher auf seinen Ventilteller (20) wirkt, in Richtung des Öffnens des Regelventils wirkt, und der Druck aus der Mittelöffnung (18) hinter dem Regelventil (19) über eine Impulsbohrung (17) im Membranteller (16) an die eine Seite der Membrane (13) geleitet ist und der Druck vor dem Verbraucher durch eine äußere Impulsleitung (dp+) an die andere Seite der Membrane (13) des Membranreglers (22) geleitet ist, so daß der Membranregler (22) in Abhängigkeit von den Druckabfällen im Verbraucher und im Regelventil wirksam ist.

7. Ventilkombination nach Anspruch 6, wobei der Ventilteller (9) des Membranreglers (22) fest in das Ventilgehäuse (1) eingebaut und stationär ist, und der Ventilsitz (10) des Membranreglers (22) rohrförmig ist und fest mit dessen Membranteller (16) verbunden und daher mit diesem beweglich ist.