DE2258787A1

DE2258787A1 - Durchflussregelventil mit sich verjuengendem element

Info

Publication number: DE2258787A1
Application number: DE19722258787
Authority: DE
Inventors: David Edward Griswold
Original assignee: Griswold Controls LLC
Current assignee: Griswold Controls LLC
Priority date: 1971-12-02
Filing date: 1972-12-01
Publication date: 1973-06-07
Also published as: IL40939A; JPS5316530B2; US3752183A; JPS4865528A; CA971857A; GB1407860A; IL40939A0; DE2258787B2

Description

G. 72 182 Fl.

Griswold Controls
-' 124 East Dyer Road

Santa Ana, Kalif. (V.St.Ä·) " " '

Durchflußrege!ventil mit sich verjüngendem Element»

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Patentanmeldung Ser, No, 2Q4 022 vom 2. Dezember 1971 in Anspruch genommen« .·-·..

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ,Durchfluß-, regelventile und insbesondere der in der U.S, Patentschrift 3 131 716 vom 5. 5. 1964, in der U.S. Patentschrift 3 256 905 vom 21. 6. 196 6 und in einer gleichzeitig eingereichten weiteren Patentanmeldung mit dem Titel "Durchflußregelventil"" (U.S. Anmeldung Ser. No. 204 027) Akt.-Z, P beschriebenen Ausführung. Die in den beiden U.S. Patentschriften und in der gleichzeitig eingereichten .weiteren Patentanmeldung beschriebenen Durchflußregelventile weisen jeweils ein Durchlaßöffnungen aufweisendes zylindrisches, napfförmiges Element auf, das durch eine kreisrunde Öffnung oder Ausnehmung in einer feststehenden Öffnungsplatte hindurch axial verschiebbar ist. Ein auf das napfförmige Element einwirken-' des Druckdifferential führt dazu, daß das Element gegen die durch eine Feder ausgeübte Druckkraft durch die öffnung in der Platte hindurch verschoben wird. Bei dieser Verstellung . des napfförmigen Elements wird die Gesamtfläche mehrerer, dem

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aufstromseitigen Druck ausgesetzter Durchlaßöffnungen in dem napfförmigen Element verändert, so daß der Durchsatz unabhängig von dem anliegenden Druckdifferential im wesentlichen konstant gehalten wird.

Die in der zylindrischen Seitenwand des verstellbaren napfförmigen Elements ausgebildeten Durchlaßöffnungen haben solche Formgebung und Anordnung, daß eine Druckzunahme auf der AufStromseite eine entsprechende Zunahme der Axialverschiebung des napfförmigen Ventilelements in Richtung und gegen die Kraft einer Feder bewirkt, so daß der gesamte wirksame Durchlaßquerschnitt verringert und damit der Durchsatz unter erhöhtem Druck konstant gehalten wird. In manchen Fällen kann es dabei vorkommen, daß die erforderliche Mindeständerung des Durchlaßquerschnitts unterhalb des vermittels einer einzigen Durchlaßöffnung oder eines einzigen. Durchlaßsegments von aus praktischen Gründen vorgegebener Mindestbreite einstellbaren Bereiches liegt.

Durch die Erfindung soll daher ein Durchflußregelventil der vorstehend bezeichneten Ausführung dahingehend verbessert werden, daß es weitere Möglichkeiten zu kleinen Veränderungen der Durchlaßquerschnittsfläche bietet, ohne daß dazu extrem schmale Durchlaßöffnungen oder -Segmente erforderlich sind.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Durchflußregelventil besteht aus einem feststehenden Mantel mit einer kreisrunden Öffnung und einem Durchflußöffnungen aufweisenden, innerhalb der öffnung axial verschieb-

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baren, napfförinigen Element mit einer allgemein zylindrischen Seitenwand und einer Endwand und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Seitenwand des napfförmigen Elements aus einer nahe der Endwand angeordneten ersten Zylinderfläche und einer konzentrisch zu dieser in einem Axialabstand angeordneten zweiten Zylinderfläche kleineren Durchmessers besteht, die beiden Zylinderflächen durch eine sich kegelstumpfförmig verjüngende Wandfläche miteinander verbunden,und in der Seitenwand durch wenigstens eine Zylinderfläche durchgehende Durchlaßöffnungen ausgebildet sind.

Bei dieser Anordnung bewirkt die sich kegelstumpfförmig verjüngende Wandflache in Verbindung mit den Durchlaßöffnungen bzw. -Segmenten, daß ein konstanter Durchsatz aufrecht erhalten bleibt.

Weitere Merkmale bilden den Gegenstand der Unteran— Sprüche 2-8.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Figuren ist ·

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Längsschnitt durch einen Teil des Durchflußregelventils von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Abwicklung des zylindrischen Teils des napfförmigen Elements von Fig. 2, ■ .

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Fig. 4 eine teilweise im Schnitt dargestellte

Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des napfförmigen Elements und

Fig. 5 ein Teilquerschnitt durch das Element der Fig. H, in einem größeren Maßstab.

Das in den Zeichnungen dargestellte Durchflußregelventil ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und weist einen feststehenden Rohrmantel 11 mit einem vorderen Flansch 12 und einem hinteren Flansch 13 auf. Eine feststehende Öffnungsplatte IH ist innerhalb des Flansches 12 in dem Mantel 11 befestigt und weist eine mittige, zylindrische öffnung 15 auf. Ein napfförmiges Element 17 mit einer allgemein zylindrischen Seitenwand 18 und einer in einem Stück mit dieser ausgebildeten Endwand 19 ist vermittels seiner zylindrischen Seitenwand 18 gleitend verschiebbar innerhalb der öffnung 15 geführt und weist einen verbreiterten Flansch 21 auf, gegen den sich das eine Ende einer innerhalb des Mantels 11 angeordneten, schraubenförmig gewendelten Druckfeder 22 ab-

gegen stützt. Das andere Ende der Druckfeder 2 2 liegt/eine von mehreren ringförmigen Unterlegschexben 23 an und drückt diese Unterlegschexben gegen den hinteren Flansch 13.

Das Durchflußregelventil 10 ist entsprechend Fig.l innerhalb des Gehäuses 26 befestigt. Eine im Inneren des Ge*· häuses 2 6 befindliche Trennwand 27 ist mit einer Durchbrechung 2 8 zur Aufnahme eines Abschnitts des Mantels 11 versehen. Passend zu-'einander ausgebildete Schultern 29 an dem -Gehäuse 26 und an dem Rohrmantel 11 werden vermittels eines

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Keilrings 30 in gegenseitigem Eingriff gehalten, welcher den Mantel 11 gegen die Trennwand 27 verkeilt. Das napfförmige Element 17 weist wie weiter unten beschrieben mehrere Durchlaßöffnungen auf, durch welche am Einlaßstutzen 31 in die Gehäusekammer 32 zugeführtes Medium hindurch in das Innere des Mantels 11 und yon diesem in den Gehäuseraum 33 eintreten und das Gehäuse durch den Auslaßstutzen 34 wieder verlassen kann. Aufgrund eines in der Gehäusekammer 32 herrschenden Drucks wird das napfförm'ige Element 17 in Axialrichtung gegen die durch die Feder 2 2 ausgeübte Druckkraft in den Rohrmantel 11 hinein verschoben. Dieser Vorgang ist im einzelnen in den vorgenannten U.S. Patentschriften 3 131 716 und 3 256 905 und in der weiteren Patentanmeldung gleichen Datums beschrieben.

Entsprechend der Erfindung besteht die allgemein zylindrische Seitenwand 18 des napfförmigen Elements 17 auf ihrer Außenseite aus einer ersten Zylinderfläche 37 nahe der Endwand 19, einer konzentrisch zu dieser in einem Axialabstand angeordneten zweiten Zylinderfläche 38 kleineren Durchmessers und einer die Zylinderflächen 37 und 38 miteinander verbindenden, sich kegelstumpfförmig verjüngenden Wandfläche 39. Der ringförmige Zwischenraum 41 zwischen der Seitenwand des napfförmigen Elements und der öffnung 15 hat den größten Wert, wenn sich die Teile in der in Fig. 2 dargestellten Stellung befinden, und hat den kleinsten Wert, wenn sich das napfförmige Element 17 gegen die durch die Feder. 22 ausgeübte Druckkraft so weit in den Mantel 11 hinein verstellt hat, daß

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die Zylinderfläche 37 innerhalb der öffnung 15 liegt. Ein Anschlagbund 42a ist auf einen Abschnitt der Seitenwand 18 des napfförmigen Elements 17 aufgesetzt und ist einerseits von dem verbreiterten Flansch 21 des napfförmigen Elements begrenzt und kommt andererseits zur Anlage gegen die Öffnungsplatte 14. Der Anschlagbund 42a begrenzt die Verstellung des napfförmigen Elements 17 unter Einwirkung der durch die Feder 2 2 ausgeübten Druckkraft.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Seitenwand 18 des napfförmigen Elements mit einer Gruppe in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordneter, einzelner Durchlaßsegmente 42, 43 und 44 vers-ehen (Fig. 3), welche durch die Zylinderfläche 38 durchgeführt sind. Die Durchlaßsegmente 42, 43 und 44 bilden eine Gruppe. Das napfförmige Element 17 kann je nach der gewünschten Durchsatzleistung eine oder mehrere Gruppen derartiger Durchlaßsegmente aufweisen. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel weist zwei Durchlaßsegmentgruppen auf. Die Breite in Umfangsrichtung der Durchlaßsegmente in jeder Gruppe nimmt gegen die Endwand 19 des napfförmigen Elements 17 ab. Die Endränder 42a und 43a der einander benachbarten Durchlaßsegmente 42 und 43 liegen im wesentlichen in ein und derselben Querebene senkrecht zur Achse des napfförmigen Elements. In entsprechender Weise sind die Endränder 43b und 44a der einander benachbarten Durchlaßsegmente 43 und 44 im wesentlichen in ein und derselben, weiteren Querebene angeordnet, während der Endrand 44b des Durchlaßsegments 44 im wesentlichen zu-

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sammenfällt mit der Grenzlinie 46 zwischen der Zylinderfläche 3 8 und der sich .kegelstumpfförmig verjüngenden Wandfläche 39. Die bevorzugte Formgebung der einzelnen Durchlaßsegmente, sowie deren gegenseitige Lage sind im einzelnen in der gleichzeitig eingereichten weiteren Patentanmeldung beschrieben.
Der Gesamtdurchsatz durch sämtliche DurchlaßSegmente bleibt für jede Axialstellung des verstellbaren napfförmigen Elements 17 im wesentlichen gleich, wenn sich die Zylinderfläche 38
oder die sich verjüngende Wandfläche 39 innerhalb der öffnung 15 befindet.

Bei der in den Figuren 4 und 5 dargestellten weiteren Ausführungsform ist das napfförmige Element 17a identisch zu dem Element 17, mit der Ausnahme, daß die Gruppe von Durchlaßsegmenten 42, 43 und 44 durch eine oder mehrere? sich kontinuierlich symmetrisch verjüngende Durchlaßöffnungen 45 ersetzt sind. Die' Durchlaßöffnungen 45 sind in der Zylinderfläche 38a ausgebildet, wobei die Schmalseite 47 jeder Durchlaßöffnung 45 im wesentlichen mit der Grenzlinie zwischen der Zylinderfläche 3 8a und der sich kegelstumpfförmig verjüngenden Wandfläche 3 9a zusammenfällt.

Zwecks Inbetriebnahme wird das Durchflußregelventil 10 vermittels des Keilrings 30 innerhalb des Gehäuses 26 befestigt und das Gehäuse an Rohrleitungen angeschlossen, so
daß dem Einlaßstutzen 31 ein unter Druck stehendes Medium zugeführt werden kann, welches am Auslaßstutzen 34 wiederum austreten kann. Die in Fig. 2 dargestellte Stellung der-Teile
entspricht einem sehr niedrigen Druckdifferential zwischen der

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auf stromseitigen Gehäusekairuner 3 2 und dem abstromseitigen Gehäuseraurn 33. In dieser Stellung gibt das napfförmige Element 17 die größte wirksame Durchlaßquerschnittsfläche für den Durchfluß von Medium frei. Mit zunehmendem Druckdifferential zwischen Einlaßstutzen 31 und Auslaßstutzen 34 verlagert sich das napfförmige Element 17 gegen die Kraft der Feder 22 axial in den feststehenden Rohrmantel 11 hinein, wodurch der freie wirksame Durchlaßquerschnitt verringert wird, so daß der Durchsatz im wesentlichen konstant bleibt.

Bei weiterer Zunahme des Druckdifferentials verlagert sich die sich kegelstumpfförmig verjüngende Wandfläche 39 in Axialrichtung in die öffnung 15 der feststehenden Öffnungsplatte 14 hinein, wodurch der ringförmige Zwischenraum 41 noch weiter verringert wird. Der ringförmige Zwischenraum 41 nimmt seinen kleinsten Wert an, wenn sich die sich verjüngende Wandfläche 39 innerhalb der öffnung 15 befindet.

In der Zylinderfläche 37 oder 37a können in Nähe der Endwand 19 oder 19a mehrere runde Löcher 50 oder 50a ausgebildet und in Anzahl und Größe unterschiedlich bemessen sein. Diese "Nebenstromlöcher" 50, 50a stellen den größten Teil der Mindestdurchlaßflache dar, die im übrigen von dem ringförmigen Zwischenraum zwischen napfförmigem Element und öffnung 15 gebildet wird.

Vermittels Stopfen 48 und 49 sind Gewindeöffnungen in der Wand des Gehäuses 26 verschlossen. Nach Herausnahme dieser Stopfen lassen sich an diesen Stellen die Anschlüsse von (nicht dargestellten) Druckmeßgeräten anbringen, mit denen

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beispielsweise das sWisahe.!* Qehausekammer' 32 xmu 33 anliegende Bruiekeiifferential gemessen wird*· Vermittels der· sieh kegelstumpf f^romig Vfemdflaohe 3 S läßt sieh die BwpQ.hl^ciye^SQhnittsfilii Werte wepäRöepß, die mite^iialb des Ee^eiQlies liege*»* ^e^iitittels de?» ^ws iwraktisefrep Qptodeii. vorgegebenen H fei*eite eiiie^ eiix^ig^Ft öti^^iilaßöfg einstellen lilt, B^hep lassea siclv s.&tw iWiittsanderuRgeri qad damit g

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ίο -

aufweisena so daß das Durchflußregelventil verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Verschmutzung ist»

Claims

·'■■■'■■ Pa tent an s ρ >r ü c h e :

\1.J Durchflußregelventil, bestehend aus einem feststehenden Mantel mit einer kreisrunden Öffnung und einem Durchlaßöffnungen aufweisenden, innerhalb der öffnung axial verschiebbaren, napfförmigen Element mit einer allgemein zylindrischen Seitenwand und einer Endwand, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenfläche der Seitenwand (18) des napfförmigen Elements (17) aus einer nahe der Endwand (19) angeordneten ersten Zylinderfläche (37) und einer konzentrisch zu dieser in einem Axialabstand angeordneten zweiten Zylinderfläche (38) kleineren Durchmessers besteht, die beiden Zylinderflächen durch eine sich kegelstumpfförmig verjüngende Wandfläche (39) miteinander verbunden,und in der Seitenwand (18) durch wenigstens eine Zylinderfläche durchgehende Durchlaßöffnungen («+2, 43, W, 50) ausgebildet sind.
2. Durchf lußregelventü nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Zylinderflächen (37, 38) der Seitenwand (18) Durchlaßöffnungen durchgeführt sind.
3. Durchflußregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des feststehenden Rohrmantels (11) eine Feder (22) angeordnet ist, welche dazu dient, einer in die Kreisförmige Öffnung (15) hinein gerichteten Verlagerung des napfförmigen Elements (17) eine Kraft entgegen zu setzen.

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4. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung und Anordnung der Durchlaßöffnungen so bemessen sind, daß der Durchsatz durch die auf einer Seite der kreisrunden öffnung (15) freiliegende Durchlaßöffnungsgesamtfläche und durch den Ringzwischenraum (11) zwischen dem napfförmigen Element (17) und der öffnung (15) innerhalb eines Bereiches von Druckunterschieden an dem napfförmigen Element im wesentlichen konstant bleibt.
5. Durchflußregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen in der Seitenwand aus einer oder mehreren, in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordneten, einzelnen Durchlaßsegmenten (4 2, 43, 44) bestehen, wobei die Endränder (41c, 42c, 43c» 44c) einander benachbarter Durchlaßsegmente in einer Gruppe im Wesentlichen in ein und derselben Querebene senkrecht zur Achse des napfförmigen Elements liegen.
6. Durchflußregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Durchlaßöffnung sich kontinuierlich verjüngend ausgebildet ist.
7. Durchflußregelventil nach den Ansprüchen 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der DurchlaßSegmente in Umfangsrichtung zur Endwand (19) des napfförmigen Elements (17) hin abnimmt.

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8. Durchflußregelventil nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus DurchlaßSegmenten bestehenden Durchlaßöffnungen in der Seitenwand (18) in beiden Zylinderflächen (37, 38) ausgebildet sind.

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