DE2314883B2 - Durchflußregelventil o.dgl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflußregelventil mit von einer Steuermembran od. dgl. entgegen der Wirkung einer Ventilfeder od. dgl. verstellbarem Ventilkegel und einem dem Ventilkegel auf der Eingangsseite des Ventilsitzes gegenüberliegenden Drosselorgan, dessen Steuermembran von dem Differenzdruck vor und hinter dem Drosselorgan beaufschlagt wird.

Anstelle einer Steuermembran könnte auch ein Steuerkolben, anstelle einer Ventilfeder ein Gewicht verwendet werden. Im folgenden wird jedoch der Einfachheit halber immer nur von einer Steuermembran und einer Ventilfeder gesprochen.

Bei einem Durchflußregler der oben genannten Gattung 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 DurchfJußregelveniil oder in der Nähe desselben eine Drosse'stelle 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 Drosselorgan auftretenden Impulsdruck unmittelbar im Ventilsitz oder an der oberen Stirnseite des Ventilkegels zu entnehmen. Dabei läßt aber die Genauigkeit der Regelung zu wünschen übrig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Durchflußregelventil so auszubilden, daß bei jedem beliebigen, eingestellten Durchströmungsquerschnitt des Drosselorgans und unabhängig von der Stellung des Ventilkegels der auf konstanter Höhe geregelte Differenzdruck möglichst genau dem Durchfluß zugeordnet ist, der demnach bei konstantem Differenzdruck auch konstant sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Impulsdruck aus einem hinter dem Drosselorgan befindlichen Hohlraum an einer räumlich möglichst weit von dem Ausströmquerschnitt des Ventilsitzes bzw. von dem Ventilkegel entfernten Druckabgriffstelle entnommen und der zugehörigen Membrangehausekammer zugeführt wird. Dadurch wird die Regelgenauigkeit des Durchflußregelventils ganz wesentlich verbessert.

Das Drosselorgan kann aus einem über dem Ventilsitz angeordneten Hohlkörper, insbesondere einem becherförmigen Körper bestehen, in dessen Innerem die Druckabgriffstelle in einiger Entfernung vom Ventilkegel bzw. vom Ausströmquerschnitt des Ventilkegels vorgesehen ist. Ein solcher becherförmiger Hohlkörper kann z. B. in an sich bekannter Weise aus einer Schraubenfeder bestehen, bei der die Zwischenräume zwischen den vorzugsweise im Querschniti rechteckigen Schraubendrahtwindungen den Drosselspalt bilden.

Es wurde ferner gefunden, daß es zweckmäßig ist, die Druckabgriffstelle etwa im oberen Drittel des von dem hohlen Drosselorgan umgebenen Raumes anzuordnen Hierbei kann die Druckabgriffstelle in einem konstanter Abstand von dem Ventilkegel angeordnet sein, sie kanr aber auch gemäß einer Variante in einem konstanter Abstand von dem Boden des hohlen, becherförmiger Drosselorgans gehalten sein. Letzere Anordnung hai den Vorteil, daß auch bei starker und rascher Strömung zwischen dem Ventilsitz und der Kante des Drosselor gans die Zuordnung des Differenzdruckes zum Durch fluß noch weniger gestört wird als bei einem konstanter Abstand der Druckabgriffstelle von dem bewegter Ventilkegel.

Die Druckabgriffstelle kann von der Stirnöffnunj eines Impulsdruckrohres gebildet werden, es könner aber auch an dieser Stelle beliebige andere, nach de Seite, nach unten oder nach oben gerichtete Druckab griffsöffnungen vorgesehen sein.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in verschiede nen Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht

Es zeigt

Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt ein Durehflußregelventi! mit einem Drosselorgan in Form einer Schraubenfeder.

Fig. 2 in einem entsprechenden Längsschnitt ein Durchflußregelventil mit einem becherförmigen, seitlich nicht durchbrochenen Drosselorgan,

Fig.3 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 F i g. 4, jedoch mit einem zusätzlichen, den durchbrochenen Drosselbecher umgebenden, ebenfalls durchbrochenen, aber ortsfesten Zylinder,

F i g. 6 bis 10 im Längsschnitt für sich herausgezeichnet verschiedene Ausführungsformen für die Ausgestaltung der Druckabgrifföffnung der Druckimpulsleitung.

Der Durchflußregler hat ein Ventilgehäuse 1, welches oben durch einen Gehäusedeckel 2 abgeschlossen ist. In einer Gewindebohrung 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 6' 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 Durchschnittsquerschnitt 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 zwei Membrantellern 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 14' eines an dem Balggehäuse 8 befestigten Membrangehäuses eingespannt.

Am oberen Ende der hohlen Ventilstnnge 11 ist ein Ventilkegel 15 angeordnet, der mit der unteren Sitzkante des Ventilsitzes 6 zusammenarbeitet. Durch die Ventilstange If und den Ventilkegel 15 erstreckt sich eine axiale Entlastungsbohrung 16, welche durch eine Querbohrung 16' in den äußeren Entlastungsdruckraum 17 des Balggehäuses 8 mündet.

Innerhalb der Entlastungsbohrung 16 verläuft ferner ein Impulsdruckrohr 18, dessen unteres Ende durch eine Querbohrung 18' in die obere Membrangehäusekammer 19 des Membrangehäuses 14, 14' mündet. Das obere Ende des Impulsdruckrohres 18 münde! mit seiner Druckabgrifföffnung 18" in das Innere der Drosselschraubenfeder 5 an einer Stelle, die sich räumlich weit entfernt von dem Ausströniquerschnitt (>s des Ventilsitzes 6 befindet, um die Übertragung von wechselhaften dynamischen Drücken in die Membrangehäusekammer 19 möglichst weitgehend auszuschalten. Es wurde gefunden, daß ein« Anordnung der Druckabgriffstelle bzw. eine Lage der öffnung 18" etwa im oberen Drittel des von der Drosselschraubenfeder 3 umgebenen Raumes besonders günstig ist, weil ir. dieser Zone praktisch die Druckverhältnisse herrschen, welche eine genaue Ermittlung des Durchflusses bei Verwendung des Druckabfalles über das Drosselorgan 5, d. h. im vorliegenden Ausführungsbeispie,' die Schraubenfeder, ermöglichen.

Die untere, von der Membrangehäuseschale 14' umgebene Membrangehäusekammer 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 Balgboden 10 drückenden, vorgespannten Ventilfeder 23 den Ventilkegel 15 in seine Öffnungsstellung zu bewegen sucht. Es sei bemerkt, daß die Ventilfeder 23 auch 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 Ventilkegel 15 sein. Nun herrschen aber zwischen dem Ventilkegel 15 und dem Ventilsitz 6 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 oberen Ende der hohlen Ventilslange 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 der Ventilstange 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 aller Ventilhüben und Druckdifferenzen mit praktisch ausrei chender Genauigkeit erfolgt.

Wenn aber bei einem Mengen- oder Dil'ferenzdruck regelventil auf der dem Ventilkegel 15 gegenüberliegen den Seite des Ventilsitzes ein Drosselorgan wie z. B. die Schraubenfeder 5 angeordnet wird, wobei der Druckab fall über dem Drosselorgan ein Maß für den Durchflui sein soll, so wäre für diesen Zweck ein Abgriff des hintci dem Drosselorgan herrschenden Druckes an einei Stelle in der Nähe des Ausströmqucrschnittes, z. B. ii dem Durchtriusspalt 24 nicht geeignet. In diesem Falle muß der Impulsdruck im Inneren des Drosselorgan: räumlich weit entfernt von dem Ausströmquerschnit z. B. durch die obere Öffnung 18" des Impulsdruckroh res 18 entnommen und in die Membrangehäusekamme 19 übertragen werden, wie dies vorstehend beschriebet worden ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel is zu beachten, daß der Durchführungsspalt 26 für di<

Ventilstange Il einen kleineren Querschnitt als die Entlastungsleitung 16 haben muß. Der Durchführungsspalt 26 könnnte natürlich auch mit einer Gleitdichtung versehen sein.

Die in. F ig. 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 Ventilsitzes und der Unterkante des Drosselbechers 27. Im übrigen entspricht die Ausbildung des Durchflußregelventils derjenigen gemäß Fig. 1. Die Druckabgriffstelle befindet sich ebenfalls etwa im oberen Drittel des Drosselbechers 27 an der öffnung des Impulsdruckrohres 18.

Die in F i g. 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 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 Membrangehäusekammer 19 mündet.

Die in F i g. 4 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung zeigt wiederum ein Drosselorgan in Form eines Drosselbcchers 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 F i g. 5 dargestellte Ausführungsform der Erfindung verwendet einen seitlich mit Durchbrechungen versehenen Drosselbecher 27. Derselbe ist aber

ίο außen von einem ortsfesten Zylinder 31 umgeben, welcher Durchbrechungen 32 aufweist, die den Durchbrechungen 30 des Drosselbechers 27 entsprechen.

Die Mündung des Druckimpulsrohres 118 braucht nicht unbedingt an der Stirnseite desselben vorgesehen sein, sondern es kann im Hinblick auf gewisse Strömungsverhältnisse zweckmäßig sein, sie an der Seite des Entnahmerohres anzubringen. Dies kann durch eine Reihe von Bohrungen oder durch einen Spalt verwirklicht werden. Die Bohrung bzw. der Spalt können entweder nach dem Ventilsitz hin oder nach dem Becherboden hin oder in einem beliebigen Winkel dazwischen gerichtet sein. Welche Form gewählt wird, hängt z. B. von den Gesamtströmungsverhältnissen im Ventil, gegebenenfalls auch davon ab, wie der zweite Differenzdruckimpuls gebildet wird.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Durchflußregelventi! mit von einer Steuermembran od. dgl. entgegen der Wirkung einer Ventilfeder od. dgl. verstellbarem Ventilkegel und einem dem Ventilkegel auf der Eingangsseite des Ventilsitzes gegenüberliegenden Drosselorgan, dessen Steuermembran von dem Differenzdruck vor und hinter dem Drosselorgan beaufschlagt wird, d a durch gekennzeichnet, daß der Impulsdruck aus einem hinter dem Drosselorgan (5, 27) befindlichen Hohlraum an einer räumlich möglichst weit von dem Ausströmquerschnitt des Ventilsitzes (6) bzw. von dem Ventilkegel (15) entfernten Druckabgriffstelle (18"; 29') entnommen und der zugehörigen Membrangehäusekammer (19) zugeführt wird.

2. Durchflußregelventil nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabgriffstelle (18", 29') etwa im oberen Drittel des von dem hohlen Drosselorgan (5, 27) umgebenen Raumes angeordnet ist.

3. Durchflußregelventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabgriffstelle (18") im Inneren des hohlen Drosselorgans (5, 27) in einem konstanten Abstand von dem Ventilkegel (15) angeordnet ist.

4. Durchflußregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabgriffstelle (18") von der oberen öffnung eines durch die hohle Ventilstange (11) verlaufenden Impulsdruckrohres (18) gebildet ist.

5. Durchflußregelventil nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabgriffstelle (18") im Inneren des hohlen Drosselorgans (5, 27) in einem konstanten Abstand vom Boden (4, 28) des hohlen Drosselorgans gehalten ist.

6. Durchflußregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabgriffstelle (29') von der unteren öffnung eines durch den Becherboden (28) des hohlen Drossclorgans (27) hindurchragenden und durch den Ventilgehäusedeckel (2) nach außen geführten Impulsdruckrohres (29) gebildet ist.

7. Durchflußregelventil nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das obere bzw. untere Ende des Impulsdruckrohres (18 bzw. 29) beliebig angeordnete und beliebig gerichtete Druckabgrifföffnungen (33,36,38,40) aufweist ( F i g. 6 bis 10).