DE2119357C3

DE2119357C3 - Regel-Stellglied zur Regelung des Durchflusses strömender Stoffe in Rohrleitungen

Info

Publication number: DE2119357C3
Application number: DE19712119357
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Weinheimer Gummiwerke Gmbh, 6940 Weinheim
Filing date: 1971-04-21
Publication date: 1977-04-28

Description

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Die Erfindung betrifft ein Regel-Stellglied zur Regelung des Durchflusses strömender Stoffe in Rohrleitungen mit einem senkrecht zur Strömungsrichtung bewegbaren Steuerschieber.

Die Eigenschaften eines Regel-Stellgliedes sind durch seine Kennlinie gekennzeichnet, die Bestimmung der Kenngrößen von Regel-Stellgliedern erfolgt nach der VDI/VDE-Richtlinie 2173. Sie definiert als Maß fü; den Durchfluß den /r^Wert. Er ist gleich dem Durchfluß q_v von Wasser in mVh von 5 bis 30"C bei einem Druckverlust von 1 kp/cm², bezogen auf den jeweiligen Hub des Stellgliedes. Dabei wird unter k_vs der vorgesehene £„-Wert für eine Bauserie bei Nennhub, unter k_vo der Schnittpunkt der theoretischen Kennlinie mit der Av-Achse und unter k„ der niedrigste /V^-vVert verstanden, bei dem die zulässige Neigungstoleranz der Kennlinie gegenüber der theoretisch errechenbaren Kennlinie noch eingehalten wird. Die Darstellung von Α* bezogen auf k_V5 in Abhängigkeit von H, bezogen auf den Nennhub, ergibt die Kennlinie des Stellgliedes.

Die französische Patentschrift 14 98 325 beschreibt ein Regel-Stellglied, bei dem innerhalb des Ventilkörpers ein durch Drehung verschließbares Kugelküken angeordnet ist, in dessen Durchflußquerschnitt sich eine Regelklappe befindet. Eine derartige Regelklappe gestattet keine Feinregulierung des Stoffstromes bei geringen Durchflußmengen. Desweiteren eignet sich eine derartige Regelklappe nicht für hohe Strömungsdrucke und -geschwindigkeiten.

Ein weiteres Regel-Stellglied ist durch das DT-Gbm 17 53 062 bekanntgeworden, welches zur Veränderung des öffnungsquerschniues einen senkrecht zur Strömungsrichtung bewegbaren Schieber aufweist, das Stellglied einen vom Einlauf über den einstellbaren Querschnitt bis zum Auslauf umlenkfreien Durchströmkanal besitzt und die Stellgröße bis zur Nennweite des Durchströmkanals einstellbar ist. Ein derartiges Stellglied — wie auch das Stellglied nach der genannten französischen Patentschrift 14 98 325 - ist nicht dazu geeignet, den Stoffstrom in geschlossener Ventilstellung völlig abzudichten. Das ist aber besonders bei hohen Betriebsdrucken notwendig. So hat nach den genannten VDI/VDE-Richtlinien die zulässige Leckage in der Stellung Jt₁₀ des Ventilkegels die Toleranz von 0,05% k_vs. Schon derart kleine Leckagen können bei agressiven Stoffen gefährliche Auswirkungen haben. Aus der Absperrtechnik zum Unterbrechen von Stoffströmen sind desweiteren eine Vielzahl von einfachen Hähnen oder Absperrorganen bekannt, die zum dichten Verschließen von Leitungssystemen mehr oder weniger geeignet sind. Die US-PS 35 26 249 beinhaltet zum Beispiel einen Absperrhahn mit Kugelküken, i_n welchem ein zusätzlicher Schieber angeordnet ist. I_n Endstellung besitzt der Schieber einen Sitz im Kugelküken; eine Feinregulierung des Durchflusses des Stoffstromes ist nicht möglich. Die US-PS 18 05 106 beinhaltet ein Drosselventil mit einem kreiszylindrischen Verschlußstück, dessen Steuerkante mit einem im Querschnitt dreieckförmigen Durchflußkanal zusammenwirkt. Dieses Drosselventil ist nicht voll absperrbar und bietet deshalb keine Möglichkeit der Feinregulierung des Stoffstromes, beginnend mit einem Stoffstrom 0. Die britische Patentschrift 1 11 631 beschreibt ebenfalls ein Drosselventil mit quer zum Stoffstrom angeordneten Flachschieber, wobei die Steuerkante des Flachschiebers kreisbogen- oder dreieckförmig ausgebildet ist, um auch kleine Durchflußmengen zu steuern Ein derartiges Drosselventil ist aber ebenfalls für hohe Drucke nicht geeignet, da es nicht vollständig dicht schließt.

Steuerkolben mit zylindrischem Querschnitt sind an sich bekannt;die CH-PS 11 217 und die IIS-PS 20 95 372 beinhalten ebenfalls Drosselventile mit Steuerkolben mit zylindrischem Querschnitt, die aber zur Regelung geringster Durchflußmengen nicht geeignet sind.

Der Erfindung liegt c.'ie Aufgabe zugrunde, ein Regel-Stellglied der eingangs genannten Gattung zu verbessern, indem es eine Regelung kleinster Stoffströme im Bereich zwischen k_m und k_vr ermöglicht, wobei dasselbe absolut abdichten soll, so daß die Kennlinie gemäß einer vorgegebenen Kennlinie verläuft.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Der Steuerschieber ist ein Kreiszylinder,

b) die untere Stirnseite des Steuerschiebers ist eine konkave Fläche,

c) der Steuerschieber ist zentrisch in einem, in seinem Gehäuse drehbaren Kugelküken angeordnet,

d) der Stellantrieb des Steuerschiebers und der Antrieb des Kugelkükens sind wirkungsmäßig voneinander getrennt.

Das Regel Stellglied gemäß der Erfindung besitzt gegenüber dem bekannten den hervorstechenden Vorteil, daß praktisch der gesamte Bereich zwischen k_vo und Av_r regelbar ist. Aufgrund der absoluten Dichtigkeit des erfindungsgemäßen Regel-Stellgliedes ist ein unkontrollierter Stoffdurchfluß bei Einsetzen der Hubbewegung des Steuerschiebers nicht mehr gegeben, die Regelcharakteristik beginnt auf der Ordinate eier Kennlinie. Desv/eiteren gestattet die erfindungsgemäße Ausgestaltung der unteren Stirnseite des Steuerschiebers, daß die von ihm geregelte Durchflußöffnung im Querschnitt eine leicht berechenbare geometrische Fläche bildet, so daß die gewünschte Kennlinie vorher rechnerisch festgelegt werden kann. Das erfindungsgemäße Regel-Stellglied erzielt in vorteilhafter Weise eine

Verbesserung des Stellverhältnisses Jt₁₁/Jt₁₁- von derzeit Vj5 bis '/» auf '/w und darüber hinaus. Die nach VDl-VDE 2173 vorgeschriebenen Ai-Werie werden übertroffen als Folge der Senkung der £-Werte (Widerslandswerte), wobei die a-Werte (Djrchflußzahlen) ebenfalls verbessert werden. In weiterer vorteilhafter Weise ermöglicht das Kugelküken durch seine Verstellbarkeil zwischen 0° und 360' durch Verstellung in dem Bereich von 0° bis 90° eine Vordrosselung des Stoffstroms in jeder Regelbereichsstellung. In vorteilhafter Weise dreht sich bei Verdrehen des Kugelkükens in seinem Gehäuse das Kugelküken um den feststehenden Steuerkolben, wodurch eine Feinstregulierung des .Stoffstromes beginnend mit einem Stoffstrom 0 möglich ist. Insbesondere kann dadurch bei hohen Betriebsdrukken und hohen Stoffgeschwindigkeiten eine genaue Regulierung des Stoffstroms in den untersten Hubbereichen des Steuer^ylinders erreicht werden.

Desweiteren kann der Steuerschieber bei Bedarf unter betriebsmäßigen Bedingungen ausgetauscht werden, während das Kugelküken den Stoffstrom absperrt, ohne daß das gesamte Aggregat demontiert werden muß. Darüber hinaus ermöglicht das Schließen des Kugelkükens einen Momentverschluß der Rohrleitung. In weiterer erfindungsmäßiger Ausgestaltung kann die konkave Fläche der unteren Stirnseite des Steuerschiebers als Kreisbogenfläche ausgebildet sein; desweiteren kann die konkave Fläche im Schnitt ein gleichschenkliges Dreieck mit nach oben gewandter Spitze darstellen.

Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Regel-Stellglied gemäß der Erfindung im Längsschnitt,

F i g. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 längs der Linie

I-I.

Fig. 3 einen Längsschnitt in vereinfachter Darstellung entsprechend Fig. 2 zur Zeit, in der der Steuerschieber die Stellung k_vi, verläßt.

Fig. 4a einen Querschnitt längs der Linie 11-11 in F i g. 3 und

Fig. 4b ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuerschiebers, bei dem die konkave Fläche der unteren Stirnseite im Schnitt ein gleichschenkliges Dreieck mit nach oben gewandter Spitze bildet.

Das erfindungsgemäße Regel-Stellglied besteht aus einem Steuerschieber 1, der senkrecht auf- und abbeweglich als regelndes Element in einem Kugelküken 2 /entrisch angeordnet ist. Das Kugelküken 2 ist drehbar in einem Ventilgehäuse 3a gelagert. Der Durchmesser des Steuerzylinders ist größer als die Nennweite des Gehäuses. Die untere Stirnfläche \;i des Steuerzylinders 1 beschreibt im Längsschnitt gemäß Fig. I die konvex gewölbte Linie der Peripherie eines Kreissegmentes, während die Stirnfläche im Querschnitt gemäß Fig. 2 einen im wesentlichen konkaven Bogen beschreibt, da die untere Stirnseite als konkave Fläche ausgebildet ist. Der Stoff passiert dabei die vom Steuerschieber geregelte Durchfiußöffnung im wesentlichen parallel zur Achse des umlenkungsfrei geführten Gehäusedurchganges. Das Gehäuse kann gegenüber der Stirnfläche la des Steuerschiebers zu dessen Aufnahme und Anlage in der Stellung Jt₁₁, eine entsprechende Ausformung 5 aufweisen.

Das Kugelküken 2 ist senkrecht im Gehäuse 3a angeordnet und mittels eines Antriebs 8 bzw. einer Sehalivorrichtung von Hand, mechanisch oder in sonstiger Weise verstellbar. Der Steuerschieber 1 wird senkrecht im Kugelküken 2 geführt, in dem sich auch der Zylindersitz befindet. Das Kugelküken 2 ist über eine Kugel 9, die in Kugelschalen des Kükens 2 und des Gehäuses 3a gelagert sein kann, an dem Gehäuse 3a abgestützt. Gebräuchliche Dichtungsringe 10, z. B. aus Weichmetall, sitzen in Ringnuten II des Gehäuses 3;t und dichten das Kugelküken beiderseits des Stoffdurchflusses ab.

Die F i g. 3 und 4a zeigen in vereinfachter Darstellung ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2; dabei ist Av in dem Augenblick gezeigt, in dem der Steuerschieber die Stellung Jt₁₁, verläßt. Jf bezeichnet die kleinste freigegebene Fläche des Nennquersehnius. Die untere Stirnfläche des Steuerschiebers ist in der I i g. 4a wie in den F i g. 1 und 2 ausgebildet, die konkave Fläche der unteren Stirnseite des Steuerschiebers ist hier als Kreisbogenfläche ausgebildet.

Fig. 4b zeigt eine weitere Ausgestaltung der konkaven Fläche des Steuerschiebers, wobei dieselbe im Schnitt ein gleichschenkliges Dreieck la' mit nach oben gewandter Spitze ist.

Gemäß der Erfindung lassen sich durch besondere Formgebungen an der Stirnfläche des Steuerschiebers die jeweils günstigsten geometrischen Figuren /um Erreichen der jeweils gewünschten Kennlinie anwenden. Beim Verlassen der Stellung A₁,, des Steuerschiebers wird nicht eine im Querschnitt ringförmige Fläche freigegeben, die um D ■ .7 größer ist, sondern es wird durch die rechtwinklige Verschneidung von Steuerzyiinder zur Durchfallöffnung eine kleinste Fläche At freigegeben. Diese kann vorzugsweise die Schnitt!lache zweier Kreise sein, aber auch die Schnittfläche eines Kreises mit einer anderen geometrischen Figur, je nach den Gegebenheiten auch die Schnittfläche zweier anderer geometrischer Figuren. Wesentlich ist, daß /ur Festlegung der Kennlinien nur die zweidimension;ile !lache, nämlich eine Schnittfläche berechnet weiden muß. die A₁₁ zugeordnet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regel-Stellglied zur Regelung des Durchflusses strömender Stoffe in Rohrleitungen mit einem senkrecht zur Strömungsrichtung bewegbaren Steuerschieber, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) DerSteuerschieber(l)istein Kreiszylinder,

b) die untere Stirnseite des Steuerschiebers (1) ist eine konkave Fläche,

c) der Steuerschieber ist zentrisch in einem, in seinem Gehäuse (3^drehbaren Kugelküken (2) angeordnet,

d) der Stellantrieb des Steuerschiebers (1) und der Antrieb (8) des Kugelkükens (2) sind wirkungsmäßig voneinander getrennt.

2. Regel-Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Fläche der unteren Stirnseite des Steuerschiebers (1) als Kreisbogenfläehe (layausgebildet ist.

3. Regel-Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Fläche der unteren Stirnseite des Steuerschiebers (1) im Schnitt ein gleichschenkliges Dreieck (Ia') mit nach oben gewandter Spitze darstellt.