DE19932743A1 - Regelventilanlage mit pneumatischem Stellantrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelventilanlage mit einem Regelventil (1) und einem zwei mittels eines Trennelements (7) voneinander getrennten Druckkammern (5, 6) aufweisenden pneumatischen Stellantrieb (4), mit dem ein Ventilkegel (2) zum Regeln eines Strömungsmediums in Abhängigkeit von Signalen einer Positioniereinrichtung (3) verstellbar ist. Eine stabile Verstellbarkeit wird dadurch erreicht, dass in einer der beiden Druckkammern (5) ein konstanter Druck eingestellt ist, während in der anderen Druckkammer (6) der Druck zum Verstellen des Ventilkegels (2) variierbar ist (Fig.).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelventilanlage mit einem Regelventil und einem zwei mittels eines Trennelements voneinander getrennten Druckkammern aufweisenden pneumatischen Stellantrieb, mit dem ein Ventilkegel zum Regeln eines Strömungsmediums in Abhängigkeit von Signalen einer Positioniereinrich­ tung verstellbar ist.

Eine derartige bekannte Regelventilanlage arbeitet z. B. in der Weise, dass ein Ventilkegel in Schließrichtung beaufschlagt wird, wobei in einer von dem Ven­ tilkegel abgewandten oberen Druckkammer ein Druck aufgebaut wird, um den Ventilkegel gegen ein durch das Regelventil strömendes Medium zum Verschlie­ ßen eines Strömungskanals zu bewegen, während in einer dem Ventilkegel zu­ gewandten unteren Kammer zum Bewegen des Ventilkegels in der entgegenge­ setzten Richtung und Öffnen des Strömungskanals ein entsprechender Druck aufgebaut wird. Die Strömung kann dabei mittels einer Positioniereinrichtung durch Beaufschlagung der oberen oder unteren Kammer mit einem entsprechen­ den Druck reguliert werden, wobei der Strömungskanal durch die Position des Ventilkegels verengt oder erweitert wird. Bei der Verstellung des Ventilkegels kommt es dabei häufig wegen der Reibkräfte an einem mit dem Ventilkegel ver­ bundenen Schaft in einer Führungsbuchse und der Wirkung des Strömungsme­ diums zu unkontrollierbaren Bewegungen in den Verstellteilen, die in Vibra­ tionen, einem Pumpen oder auch - gegen Ende eines Schließvorganges - einem Schlagen des Ventils bestehen. Bei Lochkegeln, wie sie in Dampfdruckreduzier­ ventilen verwendet werden, ergibt sich ein Druckzuwachs am Ventilkegel beim Schließen und eine Instabilität durch Druckverlagerung. Ein Schlagen ergibt sich durch die kinetische Energie des Strömungsmediums und die dabei auftretende Instabilität, wodurch insbesondere Expansionsventile gefährdet sind.

Es sind auch Regelventilanlagen ähnlich der vorstehend beschriebenen Art be­ kannt, bei denen in der oberen Kammer zusätzlich zu dem pneumatischen Druck mittels Federkraft oder auch durch Federkraft allein ein Druck in Schließrichtung des Ventilkegels erzeugt wird. Hierbei treten die vorstehend genannten Prob­ leme ebenfalls auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelventilanlage der eingangs genannten Art bereit zu stellen, bei der Instabilitäten der Verstellbewegung des Ventilkegels reduziert werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hiernach ist vorgesehen, dass in einer der beiden Druckkammern ein konstanter Druck ein­ gestellt ist, während in der anderen Druckkammer der Druck zum Verstellen des Ventilkegels variierbar ist. Ist auf diese Weise beispielsweise der Druck in der dem Ventilkegel zugekehrten, unteren Kammer konstant eingestellt, vorzugs­ weise auf einen möglichst hohen Wert, wie er beispielsweise dem höchsten Ventildruck zum Schließen entspricht, so muss zum Bewegen des Ventilkegels in der von dem Ventilkegel abgewandten, oberen Kammer ein entsprechend hö­ herer Druck aufgebracht werden, wodurch der Antrieb sehr steif und hart wird. Hierdurch wirken sich Einflüsse des Strömungsmediums und Reibkräfte bei­ spielsweise im Bereich eines Ventilschaftes gegenüber der Stellkraft praktisch kaum noch aus, so dass der Stellantrieb stabil und praktisch ruckfrei arbeitet und eine sehr genaue Positionsregelung ermöglicht wird, wie Versuche des Er­ finders bereits gezeigt haben. Es ist denkbar, in Zukunft Expansionsventile mit pneumatischem Antrieb sogar in Strömungsrichtung zu betreiben, wie es mit bisherigen pneumatischen Antrieben nicht ohne weiteres zulässig war. Die Re­ gelventilanlage eignet sich auch besonders für Ventile für Gase mit Lochkegel und nachgeschaltetem Strömungsgleichrichter, sowie für Ventile für Flüssig­ keiten, d. h. auch für Expansionsventile.

Um das Ventil ohne Luft und ohne Strömungsmedium zu schließen, ist es vor­ teilhaft, dass in der anderen Druckkammer zusätzlich zu dem pneumatischen Druck mittels einer Feder ein Federdruck erzeugt ist. Hierbei ist insbesondere eine äußerst schwache Feder von Vorteil, da dadurch der pneumatische Druck in der oberen Kammer um so höher ist und die pneumatische Steuerung ent­ sprechend stabiler arbeitet.

Um den konstanten Druck in der einen Druckkammer möglichst genau einzuhal­ ten, ist hierfür eine Druckregeleinrichtung vorgesehen, die z. B. einen Kon­ stantdruckregler und einen Luftmengenverstärker aufweist.

In Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind bei der Regelventilanlage weiterhin die Maßnahmen geeignet, dass der Ventilkegel als Lochkegel ausgebildet ist und/oder dass ein mit dem Ventilkegel verbun­ dener Ventilschaft in einer Graphitpackung geführt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt in Blockdarstellung eine Regelventilanlage mit einem Regelventil 1, in dem der Durchfluß eines z. B. flüssigen oder gasförmigen Strömungsmediums 1.1 durch Verstellen eines Ventilkegels 2 mittels eines pneumatischen Stell­ antriebs 4 reguliert wird. Mit dem Ventilkegel 2 wird dabei der Strömungskanal in Abhängigkeit von Signalen einer Positioniereinrichtung 3, mit denen der Stellantrieb 4 gesteuert oder geregelt wird, erweitert, eingeengt oder vollständig geschlossen, wobei mit dem Ventilkegel 2 ein in einer Stopfbuchse, insbeson­ dere einer Graphitpackung, möglichst reibarm geführt ist. Der Ventilkegel kann unterschiedliche Form haben und beispielsweise als Lochkegel ausgelegt sein, wie er bei Dampfdruckreduzierventilen verwendet wird.

Der pneumatische Stellantrieb 4 weist ein Gehäuse mit einer dem Ventilkegel 2 zugekehrten unteren Druckkammer 5 und einer dem Ventilkegel 2 abgekehrten oberen Druckkammer 6 auf, die mittels eines Trennelementes, wie z. B. einem Kolben oder insbesondere einer Membran 7 voneinander getrennt sind. In der oberen Kammer 6 wird zum Verstellen des Ventilkegels 2 nach Maßgabe der Positioniereinrichtung 3 ein mehr oder weniger hoher pneumatischer Druck eingeregelt, wobei die Positioniereinrichtung 3 Zuluft und Abluft entsprechend reguliert. Ferner ist in der oberen Druckkammer 6 eine Feder 6.1 vorgesehen, die zusätzlich in Schließrichtung des Ventilkegels 2 wirkt und vorliegend möglichst schwach ausgebildet ist, um das Regelventil ohne Luft und ohne Strömungsmedium schließen zu können. Dadurch muss im Wesentlichen der ge­ samte Druck zum Verstellen des Ventilkegels 2 durch den pneumatischen Druck in der oberen Druckkammer 6 aufgebracht werden.

In der unteren Druckkammer 5 wird ein konstanter Druck aufgebaut und mittels einer Regeleinrichtung stabil aufrecht erhalten. Der pneumatische Druck in der unteren Druckkammer 5 soll möglichst hoch gehalten werden, damit auch in der oberen Druckkammer 6 zum Verstellen des Ventilkegels 2 ein möglichst hoher pneumatischer Druck aufgebaut werden muss, wodurch die Gasvolumina in den beiden Druckkammern 5, 6 in ihrem Arbeitsbereich möglichst wenig kom­ pressibel sind und der Stellantrieb hart und steif ist. Hierdurch wirken sich Instabilitäten, die von Reibungen des Stellantriebs und/oder Kräfteänderungen durch das Strömungsmedium verursacht werden, praktisch kaum noch aus, und die Positionierung des Ventilkegels 2 kann sehr genau eingeregelt werden. Die Regeleinrichtung zum Aufrechterhalten des konstanten Drucks in der unteren Druckkammer 5 weist einen Luftmengenverstärker 8 zum Zuführen und Abge­ ben der Luft mit Veränderung der unteren Druckkammer 5 und einen Konstant­ druckregler 9 auf, um einen konstanten Druck in der unteren Druckkammer 5 zu gewährleisten.

Der beschriebene Aufbau der Regelventilanlage eignet sich besonders für Ventile mit Lochkegel, wie sie beispielsweise zur Dampfdruckreduzierung bzw. Gase verwendet werden, wobei vorzugsweise ein Strömungsgleichrichter nach­ geschaltet ist, sowie für Ventile für Flüssigkeiten.

Claims (5)

1. Regelventilanlage mit einem Regelventil (1) und einem zwei mittels eines Trennelements (7) voneinander getrennten Druckkammern (5, 6) aufwei­ senden pneumatischen Stellantrieb (4), mit dem ein Ventilkegel (2) zum Regeln eines Strömungsmediums in Abhängigkeit von Signalen einer Po­ sitioniereinrichtung (3) verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der beiden Druckkammern (5) ein konstanter Druck einge­ stellt ist, während in der anderen Druckkammer (6) der Druck zum Ver­ stellen des Ventilkegels (2) variierbar ist.

2. Regelventilanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der anderen Druckkammer (6) zusätzlich zu dem pneumatischen Druck mittels einer Feder (6.1) ein Federdruck erzeugt ist.

3. Regelventilanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einhaltung des konstanten Druckes in der einen Druckkammer (5) eine Druckregeleinrichtung (8, 9) vorgesehen ist.

4. Regelventilanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregeleinrichtung einen Konstantdruckregler (9) und einen Luftmengenverstärker (8) aufweist.

5. Regelventilanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkegel (2) als Lochkegel ausgebildet ist und/oder dass ein mit dem Ventilkegel (2) verbundener Ventilschaft in einer Graphitpackung geführt ist.