-
Du r c h r 1 u ß r e g e 1 v e n t i 1 o d. dgl.
-
Die ErfindE1g betrifft ein Durchflußregelventil bzw. einen Mengen-
oder Differenzdruckregler od.dgl.
-
nit von einer Steuermembran, einem Steuerkolben od.dgl.
-
entgegen der Wirkung einer Ventilfeder, eines Gewichtes od.dgl. verstellbarem
Ventilkegel und einem dem Ventilkegel auf d-er Eingangsseite des Ventilsitzes gegenüberliegenden
Drosselorgan, wobei die Steuermembran bzw. der Steuerkolben von dem Differenzdruck
vor und hinter dem Drosselorgan beaufschlagt wird. Im folgenden wird der EinSachheit
halber immer nur von einer Steuermembran und einer Ventilfeder gesprochen.
-
Bei einem Durchflußregler soll der Strom des durchfließenden Mediums,
wie Flüssigkeit, Gas oder Dampf trotz Veränderung der Druckdifferenz zwischen dem
Eingang und dem Ausgang des Regelventils konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck
wird in dem Durchflußregelventil oder in der Nähe desselben eine Drosselstelle vorgesehen
und der dort entstehende Druckabfall möglichst konstant gehalten. Der diesem Druckabfall
entsprechende Differenzdruck oder Wirkdruck wird den beiden Seiten der Steuermembran
zugeführt, welche je nach dem Differenzdruck das Ventil derart öffnet oder schließt,
daß der an dem Drosselorgan entstehende Differenzdruck möglichst konstant bleibt.
Zur Veränderung des Durchflusses kann die Feder- oder Gewichtsbelastung an der Steuer-
oder-Meßmembran bzw. am Steuer- oder Meßkolben verändert werden, oder es kann auch
der durchströmte Querschnitt des Drosselorgans variiert werden.
-
Es ist bisher üblich, den hinter dem Dorsselorgan auftretenden Impulsdru
k unmittelbar im Ventilsitz oder an der oberen Stirnseite des Ventilkegels zu entneflmen.
Dabei läßt aber die Genauigkeit der Regelung zu aSmschen übrig. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, das Durchflußregelventil so auszubildenß daß bei jedem beliebIgen,
eingestellten Durchströmungsquerschnitt des Drosselorgans und unabhängig von der
Stellung
des Venti.lkegels der auf konstanter Woche geregelte Differenzdruck möglichst ge;lcu
dem Durchfluß zugeordnet ist, der demnach bei konstantem Difrerenzdruck auch konstant
sein soll.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsger;iß dadurch gelöst, daß der Impulsdruck
aus einem hinter dem Drosselorgan befindlichen Hohlraum oder Volumen an einer räumlich
möglichst weit von dem Ausströmquerscbnitt des Ventilsitzes bzw. von dem Ventilkegel
entfernten Druckabgriffstelle entnommen und von dort der zugehörigen Membrangehäusekammer
zugeführt wird. Dadurch wird die Regelgenauigkeit des Durchflußregelventils ganz
wesentlich verbessert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das
Drosselorgan aus einem über dem Ventilsitz angeordneten Hohlkörper, insbesondere
einem becherförmigen Körper, in dessen Innerem die Druckabgriffstelle in einiger
Entfernung vom Ventilkegel bzw.
-
vom Ausströmquerschnitt des Ventilkegels vorgesehen ist.
-
Ein solcher becherförmiger Hohlkörper kann z*BO aus einer Schraubenfeder
bestehen, bei der die Zwischenräume zwischen den vorzugsweise im Querschnitt rechteckigen
Schraubendrahtwifldungen den Drosselspalt bilden. Besonders einfach und zweckmäßig
ist erfindungsgemäß aber auch die Ausbildung des Drosselorgans in
Form
eines oben und seitlich teschlossenen Bechers.
-
Gemäß einer besonders zweckniäßigen Ausbildung des becherförmigen
Drosselorgans ist die Becherseitenwand mit Durchbrechungen wie Schlitzen, Löchern
od.dgl. versehen, wodurch zugleich das Geräuschverhalten des Regelventils verbessert
wird.
-
Der Durchfluß soll zweckmäßig zwischen einem kleinsten und einem
größten Wert einstellbar sein.
-
Es hat sich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
als zweckmäßig erwiesen, den Gesamtwert des die Schlitze, Löcher, Spalten oder sonstigen
Durchbrechungen des Drosselorgans durchströmenden Mediums so groß zu halten, daß
bei einer Stellung des Drosselorgans, bei welcher dasselbe den Ventilsitz berührt,
der kleinste Solldurchfluß herrscht, während bei der höchsten Stellung des Drosselorgans
der maximale Durchfluß stattfindet.
-
Der becherförmige Hohlkörper ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet.
Er kann gemäß einer weiteren Austestaltung der Erfindung innerhalb oder außerhalb
eines mit entsprechenden Durchbrechungen versehenen Zylinderkörpers angeordnet sein.
In diesem Falle ist der Weg oder Hub zum Einstellen der größten Durchflußmenge geringer
als bei einem lediglich mit
Durchbrechungen versehenen einfachen
Drosselbecher, und die Randlänge der durchstromben Durchbrechungen wird maximal
groß. Dadurch wird wiederum die Geräuschbildung vermindert.
-
Es wurde ferner gefunden, daß es zweckmäßig ist, die Druckabgriffstelle
etwa ifl oberen Drittel des von dem hohlen Drosselorgan umgebenen Raumes anzuordnen.
Hierbei kann die Druckabgriffstelle in einem konstanten Abstand von dem Ventllkegel
angeordnet sein, sie kann aber auch gemäß einer Variante in einem konstanten Abstand
von dem Boden des hohlen, becher-5rmigen Drosselorgans gehalten sein. Letzere Anordnung
hat den VorteIl, daß auch bei starker und rascher Strömung zwischen dem Ventilsitz
und der Kante des Drosselorgans die Zuordnung des Differenzdruckes zum Durchfluß
noch weniger gestört wird als bei einem konstanten Abstand der Druckabgriffstelle
von dem bewegten Ventilkegel.
-
Die Druckabgriffstelle kann von der Stirnöffnung eines Impulsdruckrohres
gebildet werden, es können aber auch an dieser Stelle beliebige andere, nach der
Seite, nach unten oder nach oben gerichtete Druckabgriffsöffnungen vorgesehen sein.
-
Wenn der Ventilkegel des Durchflußregelventils in an sich bekannter
Weise durch einen Balg, einen Kolben od. dgl. entlastet ist, wird der Abgriff des
Entlastungsdruckes gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen KombInation an einer
oberhalb des Ventilkegels in der Nähe des Ausströmquerschnittes liegenden Entnahmestelle
vorgesehen. Die Entnahmestelle soll verhältnismäßig nahe an der Innenfläche des
Ventilsitzes angeordnet werden. Dies kann erfindnngsgemäß z.B. durch eine am oberen
Ende der hohlen Ventilstange in einem Abstand von dem. Ventilkegel angeordnete Druckentnahmeleistung
erfolgen, welche mit dem oberen Ende einer Entlastungsbohrtmg der Ventilstange verbunden
ist und etwa senkrecht zw Strömung des den Ventilsitz passierenden Mediums in der
Nähe der Ventilsitzinnenwandung mündet. Es wurde gefunden, daß dadurch der mittlere
Druck erfaßt wird, welcher auf dem Ventilkegel lastet.
-
Wenn dieser mittlere Druck dann den Entlastungsbalg beaufschlagt,
so kann diese Entlastungseinrichtung bei allen Ventilhüben und Druckdifferenzen
mit verkältnismäBig hoher GenuuLgkeit arbeiten. Bei einer solchen Abnahrne des Entlastungsdruckes
und dem erfindungsgemäßen Abgriff des Impulsdruckes für die Steuermembran erhält
man ein einwandfreies, von Druckstößen, Druckschwankungen und dynamischer Kraft
unabhängiges Arbeiten des Reglers.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen
beispielsweise veranschaulloft.
-
Es zeigen Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt ein Durchflußregelventil
mit einem Drosselorgan in Form einer Schraubenfeder, Fig. 2 in einem entsprec-hellden
Längsschnitt ein Durchflußregelventil mit einem becherförmigen, seitlich nicht durchbrochenen
Drosselorgan, Fig. D in einem entsprechenden Längsschnitt ein Durchflußregelventil
mit einem becherförmigen Drosselorgan und einer Impulsdruckabnahme durch den Becherboden
hindurch, Fig. 4 in einem entsprechenden Längsschnitt ein Durchflußregelventil mit
einem Drosselorgan in Form eines seitlich durchbrochenen Bechers, Fig. 5 in einem
entsprechenden Längsschnitt ein Durchflußregelventil ähnlich Fig. 4, jedoch mit
einem zusätzlichen, den durchbrochenen Drosselbecher umgebenen, ebenfalls durchbrochenen,
aber ortsfesten Zylinder, und
Fig. 5 - 10 im Längsschnitt für sich
'nerausgezeichnet verschiedene Ausfürungsformmen für die Ausgestaltung der Druckabgrifföffnung
der Druckimpulsleitung.
-
Der DurchRlußregeler hat ein Ventilgehäuse 1, welches oben durch einen
Gehäusedeckel 2 abgeschlossen ist.
-
In einer Gewindebohfl?g des Gehäusedeckels 2 ist mit entsprechender
Abdichtung eine Einstellschraube 3 hoch- und niederschraubbar, die auf den Federteller
4 eines Drosselorgans wirkt, welches aus einer Schraubenfeder 5 besteht, die sich
mit ihrem unteren Ende auf einem in den Ventilsitz 6 eingesetzten Sitzring 6t abstützt.
Die Drosselschraubenfeder 5 hat einen rechteckigen Federdrahtquerschnitt, dessen
quer zur Schraubenfederachse verlaufende Rechteckseiten den Durchströmungsdrosselspalt
zwischen den Federwindungen begrenzen.
-
Zwischen dem Ventilgehäuse 1 und einem darunter befestigten Balggehäuse
8 befindet sich eine Trennwand 7. Ein mit dem Durchtrittsquerschnitt des Ventilsitzes
6 flächengleicher Entlastungsbalg 9 ist mit seinem oberen Ende dicht an der Trennwand
7 befestigt und an seinem unteren, beweglichen Ende von einem Balgboden 10 dicht
abgeschlossen. Der Balgboden 10 ist fest mit einer hohlen Ventilstange 11 verbunden.
-
Die Ventilstange 11 wird von einer Steuermembran 12 betätigt, die
zwischen zuei DIembrantellern 13 gehalten und mit deren Hilfe am unteren, freien
Ende der Ventilstange 11 befestigt ist. An ihrem Umfangsrand ist die Steuermembran
12 zwischen den Flanschen der Gehäuseschalen 14 und 12S' eines an dem Balggehäuse
8 befestigten Membrangehäuses eingespannt.
-
Am oberen Ende der hohlen Ventilstange 11 ist ein Ventilkegel 15
angeordnet, der mit der unteren Sitzkante des Ventilsitzes 6 zusammenarbeitet. Durch
die Ventilstange 11 und den Ventilkegel 15 erstreckt sich eine achsiale Entlastungsbohrung
16, welche durch eine Querbohrung 161 in den äußeren Entlastungsdruckraum 17 des
Balggehäuses 8 mündet.
-
Innerhalb der Entlastungsbohrung 16 verläuft ferner ein Impulsdruckrohr
18, dessen unteres Ende durch eine Querbohrung 18t in die obere Membrangehäusekammer
19 des Membrangehäuses 14, 14' mündet. Das obere Ende des Impulsdruckrohres 18 mündet
mit seiner Druckabgrifföffnung 181' in das Innere der Drosselschraubenfeder 5 an
einer Stelle, die sich räumlich weit entfernt von dem Ausströmquerschnitt des Ventilsitzes
6 befindet, um die Übertragung von wechselhaften dynamischen Drücken in die Membrangehäusekammer
19 möglichst weitgehend auszuschalten. Es wurde
gefunden, daß eine
Anordnung der Druckabgriffstelle bzw. eLne Lage der Öffnung 18" etwa im oberen Drittel
des von der Drosselsehraubenfeder 5 umgebenen Raumes besonders günstig ist, weil
in dieser Zone praktisch die Druckverhältnisse herrschen, welche eine genaue Ermittlung
des Durchflusses bei Verwendung des Druckabfalles über das Drosselorgan 5, d.h.
im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schraubenfeder, ermöglichen.
-
Die untere, von der Membrangehäuseschale 14t umgebene Membrangehäuseka::mer
20 ist über eine Impulsdruckleitung 21 an einen in den Eintrittsraum des Ventilgehäuses
1 führenden Nippel 22 angeschlossen, um den vor dem Drosselorgan 5 herrschenden
statischen Druck in die Membrangehäusekammer 20 zu übertragen.
-
Dieser statische Druck in der Kammer 20 wirkt auf die Steuermembran
12 im Sinne einer Schließung des Ventils, während der statische Druck in der Membrangehäusekammer
19 zusammen mit einer im Entlastungsbalg 9 auf den Balghoden 10 drückenden, vorgespannten
Ventilfeder 23 den Ventilkegel 15 in seine Öffnungsstellung zu bewegen sucht. Es
sei bemerkt, daß die Ventilfeder 25 auE außerhalb des geschlossenen Systems angeordnet
werden kann, um die Einstellung verschiedener Federvorspannungen zu erleichtern.
-
Um die gewünschte Entlastung des Ventilkegels 15 zu erreichen, muß
der auf den Entlastungsbalg 9, 10 wirkende Druck im Entlastungsdruckraum 17 des
Balggehäuses 8 gleich groß dem mittleren Druck auf den Ventllkegel 15 sein. Nun
herrschen aber zwischen dem Ventilkegel 15 und dem Ventilsitz 5 vorwiegend Kräfte
bzw. Drücke, die je nach der Ventilkegelstellung verschieden groß sind. Es wurde
demgegenüber gefunden, daß der Abgriff des Entlastungsdruckes besonders günstig
an einer Stelle erfolgt, die sich über dem Ventilkegel in der Nähe des Ausströmquerschnittes
befindet.
-
Gemäß einer einfachen und vorteilhaften Ausführungsform dieses Erfindungsgedankens
ist zu diesem Zweck am obererbF3nde der hohlen Ventilstange 11 in einem gewissen
Abstand von dem Ventilkegel 15 und parallel zu demselben eine Druckentnahmeleitung
25 angeordnet.
-
Diese Druckentnahmeleitung ist mit dem oberen Ende der Entlastungsbohrung
16 derVentiXtange 11 verbunden und mündet senkrecht zur Strömung des den Ventilsitz
passierenden Mediums in dem Durchtrittsspalt 24 in der Nähe des Ventilsitzes. Dort
wird der mittlere Druck auf den Ventilkegel 15 unabhängig von der Stellung desselben
so gut erfaßt, daß die Entlastung des Einsitzventils bei allen Ventilhüben und Druckdifferenzen
mit praktisch ausreichender Genauigkeit erfolgt.
-
Wenn aber bei einem Mengen- oder Differenzdruckregelventil auf der
dem Ventilkegel 15 gegenüberliegenden Seite des Ventilsitzes ein Drosselorgan m
wie z.B.
-
die Schraubenfeder 5 angeordnet wird, wobei der Druckabfall über dem
Drosselorgan ein Maß für den Durchfluß sein soll, so wäre für diesen Zweck ein Abgriff
des hinter dem Drosselorgan herrschenden Druckes an einer Stelle in der Nähe des
Ausströmquerschnittes, z.B.
-
in dem Durchtrittsspalt 24 nicht geeignet. In diesem Falle muß der
Impulsdruck im Inneren des Drosselorgans räumlich weit entfernt von dem Ausströmquerschnitt
z.B. durch die obere Öffnung 18" des Impulsdruckrohres 18 entnommen und in die Membrangehäusekammer
19 übertragen werden, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.
-
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu beachten, daß der Durchführungsspalt
26 für die Ventilstange 11 einen kleineren Querschnitt als die Entlastungsleitung
16 haben muß. Der Durchführungsspalt 26 könnte natürlich auch mit einer Gleitdichtung
versehen sein.
-
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt ein
Durchflußregelventil, bei dem als Drosselorgan anstelle der Schraubenfeder 5 ein
becherförmiger Hohlkörper 27 vorgesehen ist, dessen Becherboden an der Einstellschraube
3 befestigt und mit deren Hilfe hoch- und niedergeschraubt werden kann. Der Drosselspalt
befindet sich hier zwischen der Oberkante
des Ventilsltzes und
der Unterkante des Drossclbechcrs 27. Im übrigen entspricht die Ausbildung des Durchflußregelventils
derjenigen gemäß Fig. 1. Die Druckabgriffstelle befinde sich ebenfalls etwa im oberen
Drittel des Drosselbechers 27 an der Öffnung des Impulsdruckrohres 1U.
-
Die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet
sich von derjenigen nach Fig. 2 dadurch, daß die Abnahme des Impulsdruckes aus dem
Innenraum des Drosselbechers 27 durch die öffnung 29' einer Impulsdruckleitung 29
erfolgt, welche durch den Becherboden 28 und den Gehäusedeckel 2 hindurch nach außen
geführt ist und In die obere Membrangehä.usekammer 19 mündet.
-
Die in Fig. 4 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung zeigt
wiederum ein Drosselorgan in Form eines Drosselbechers 27 in der Anordnung ähnlich
Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, daß in der Seitenwand des Drosselbechers 27
eine große Anzahl von Durchbrechungen 30 in Form von Löchern, Schlitzen od.dgl.
vorgesehen ist.
-
Auch die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsforn der Erfindung verwendet
einen seitlich mit Durchbrechungen versehenen Drosselbecher 27. Derselbe ist aber
außen
von einem ortsfesten Zylinder 51 umgeben, welcher Durchbrechungen 52 aufweist, die
den Durchbrechungen 50 des Drosselbechers 27 entsprechen.
-
Die Mündung des Druckimpulsrohres 18 braucht nicht unbedingt an der
Stirnseite desselben vorgesehen sein, sondern es kann im Hinblick auf gewisse Strörnungsverhältnisse
zweckmäßig sein, sie an der Seite des Entnahmerohres anzubringen. Dies kann durch
eine Reihe von Bohrungen oder durch einen Spalt verwirklicht werden. Die Bohrung
k bzw. der Spalt können entweder nach dem Ventilsitz hin oder nach dem Becherboden
hin oder -in einem beliebigen Winkel dazwischen gerichtet sein.
-
Welche Porm gewählt wird, hängt z.B. von den Gesamtströmungsverhältnissen
im Ventil, gegebenenfalls auch davon ab, wie der zweite Differenzdruckimpuls gebildet
wird.
-
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die vorstehend
beschriebenen und in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsformen, sondern
sie umfaßt alle Varianten im Rahmen des wesentlichen Erfindungsgedankens.
-
Ansprüche