DE2365678A1

DE2365678A1 - Durchflussregelventil o.dgl.

Info

Publication number: DE2365678A1
Application number: DE2365678A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Dr In Jeschke; Gerhard Klee
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1973-03-26
Publication date: 1977-02-10
Also published as: DE2365678C3; DE2365678B2

Description

PATENTANWALT

Dipl.-ing. E. F. EIT N E

öüCO fviü;»c.nen ÜQ

SchlotthauerstreSa 3
Tel. (QStO 86 23 21

361 Tr.A.I

SAMSON AKTIENGESELLSCHAFT,

6000 Prankfurt am Main, WeismüllerstraSe 3

Durchflußregelventil od. dgl.

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

609886/0004

OWGiNAL INSPECTED

einer Steuermembran könnte auch ein Steuerkolben und anstelle einer Ventilfeder auch ein Gewicht verwendet werden. Der Einfachheit halber wird im folgenden immer nur von einer Steuermembran und einer Ventilfeder gesprochen.

Bei einem Durchflußregler der vorstehend 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 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. Zwecks Änderung des Durchflusses kann die Feder- oder Gewi chtsbelastung an der Steuer- oder Meßmembran bzw. am Steuer- oder Meßkolben verändert werden, oder es kann auch der durchströmte Querschnitt des Drosselorgans variiert werden«

609886/0004

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durchflußregelventil der eingangs genannten Art 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 Durchflußjzugeordnet ist, welcher demnach bei konstantem Differenzdruck auch konstant sein soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Durehflußregelventil der genannten Art, dessen Ventilkegel in an sich bekannter Weise durch einen Balg, einen Kolben od.dgl. entlastet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abgriff des Entlastungsdruckes an einer oberhalb des Ventilkegels in der Nähe des Ausströmquerschnittes liegenden Entnahmestelle vorgesehen ist. Die Entnahmestelle soll verhältnismäßig nahe an der Innenfläche des Ventilsitzes angeordnet werden. Dies kann erfindungsgemäß z.B₀ durch eine am oberen Ende der hohlen Ventilstange in einem Abstand von dem Ventilkegel angeordnete Druckentnahmeleitung erfolgen, welche mit dem oberen Ende einer Entlastungsbohrung der Ventilstange verbunden ist und etwa senkrecht zur Strömung des. den Ventilsitz passierenden Mediums

- 4 _ 609886/0 004

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 verhältnismäßig hoher Genauigkeit arbeiten. Bei einer solchen Abnahme des Entlastungsdruckes und einem geei'g· neten Abgriff des Impulsdruckes für die Steuermembran erhält man ein einwandfreies, von Druckstößen, Druckschwankungen und dynamischer Kraft unabhängiges Arbeiten des Reglers. Verschiedene Varianten der Erfindung sind nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausfuhrungsformen beispielsweise veranschaulicht, Es zeigen

Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt ein DurchfIußrege!ventil mit einem Drosselorgan in Form einer Schraubenfeder,

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

809886/0004 " ⁵ "

Fig. 3 in einem entsprechenden Längsschnitt

ein Durchflußregelventil mit einem becherförmigen Drosselorgan und einer Impulsdruekabnahme 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 umgebenden, ebenfalls durchbrochenen, aber ortsfesten Zylinder, und

Fig. β - 10 im Längsschnitt für sich herausgezeichnet verschiedene Ausführungsformen für die Ausgestaltung der Druckabgrifföffnung der Druckimpulsleistung.

Der Durchflußregler hat ein Ventilgehäuse 1, welches oben durch einen Gehäusedeckel 2 abgeschlossen ist.

- 6 609886/000 4

In einer Gewindebohrung des Gehäusedeckels 2 ist mit entsprechender Abdichtung eine Einstellschraube 5 hoch- und niederschraubbar, die auf den Pederteller 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^f abstützt. Die Drosselschraubenfeder 5 hat einen rechteckigen Federdrahtquerschnitt, dessen quer zur Schraubenfederachse verlaufende Rechteckseiten den Durchströmungsdrosselspalt zwischen den Pederwindungen 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 Balgboöen 10 dicht abgeschlossen. Der Balgboden 10 1st 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

- 7 _ 609886/0 00 4

Umfangsrand Ist die Steuermembran 12 zwischen den Planschen der Gehäuseschalen 14 und 14' 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 I6^f 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 mündet mit seiner Druckabgrifföffnung 18" 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. eine Lage der öffnung 18" etwa im oberen

■ - 8 609886/0004

.Drittel des von der Drosselschraubenfeder 5 umgebenen Raumes besonders günstig ist, weil in dieser Zone praktisch die Druckverhältnisse herrschen, welche eine genaue Ermittlung des Durchfluses bei Verwendung des Druckabfalles über das Drosselorgan 5* d.h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel 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 deniDrosse !organ 5 herrschenden statischen Druck in die Membrangehäusekammer 20 zu übertragen. Dieser statische Druck in der Kammer 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.

609886/0004

Um die gewünschte Entlastung des Ventilkegels 15 zu erreichen, muß der auf denEntlastungsbalg 9>

10 wirkende Druck im Entlastungsdruckraum 17 des Balggehäuses 8 gleich groß dem mittleren Druck auf den Ventilkegel I5 sein. Nun herrschen aber zwischen dem Ventilkegel 15 und dem Ventilsitz β 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 Ventilstange 11 in einem gewissen Abstand von dem Ventilkegel 15 und parallel zu demselben eine Druckentnahmeleitung 25 ZH 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 VertLlsitzes. 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.

- 10 609 8 86/0004

Wenn aber bei einem Mengen- oder Differenzdruckrege lvent11 auf der dem Ventilkegel 15 gegenüberliegenden Seite des Ventilsitzes einDrosse!organ 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 demDrosselorgan 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 2.6 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 Durchflußrege!ventil, bei dem als Drosselorgan anstelle der Schraubenfeder 5 ein becherförmiger Hohlkörper 27 vorgesehen ist, dessen Becherboden an der Einstellschraube 3 befestigt und

- 11 6 09886/0004

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 Drosselbeehers 27 an der Öffnung des Impulsdruckrohres 18.

Die in Fig. 3 gezeigte AusfUhrungsform 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 Membrangehäusekammer 19 mündet.

Die inJFig. 4 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung zeigt wiederum einprosselorgan 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 J>0 in Form von Löchern, Schlitzen od.dgl. vorgesehen ist.

- 12 609886/0004

Auch die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsformder Erfindung verwendet einen seiüich mit Durchbrechungen versehenen Drosselbecher 27. Derselbe ist aber außen von einem ortsfesten Zylinder 51 umgeben, welcher Durchbrechungen 32 aufweist, die den Durchbrechungen 30 des Drosselbechers 27 entsprechen.

Die Mündung des Druckimpulsrohres 18 braucht nicht wuas&äiKX. 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 verwirklieht werden. Die Bohrung bzw. der Spalt können entweder nach dem Ventilsitz hin oder nach dem Beeherboden hin oder in einem beliebigen Winkel dazwischen gerichtet sein. Welche Form gewählt wird, hängt z.B. von stern den GesamtstrSmungsverhältnissen im Ventil, gegebenenfalls auch davon ab, wie der zweite Differenzdruckimpüls 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.

Patentansprüche 609886/0004

- 13 -

Claims

Patentansprüche :

1. Durchflußregelventil od.dgl. mit Ri von einer Steuermembran od.dgl. entgegen der Wirkung einer Ventilfeder od.dgl. verstellbarem, durch einen Balg od.dgl. entlastetem Ventilkegel und einem dem Ventilkegel auf der Eingangsseite des Ventilsitzes gegenüberliegenden Drosselorgan, dessen Steuermembran von dem Differenzdruck vor und hinter dem Drosselorgan beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff des Entlastungsdruckes an einer oberhalb des Ventilkegels (15) in der Nähe des Ausströmquerschnittes liegenden Entnahmestelle vorgesehen ist.

2. Durchflußregelvent11 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmestelle des Entlastungsdruckes verhältnismäßig nahe an der Innenfläche des Ventilsitzes (6) vorgesehen ist.

3. Durchflußregelventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende der hohlen Ventilstange (11) in einem Abstand von dem Ventikegel (15) eine Druckentnahmeleitung (25) angeordnet ist, welche mit dem oberen Ende einer in den Entlastungsraum (17) führenden Entlastungsbohrung (ΐβ) der Ventilstange (11) verbunden ist und etwa senkrecht zur Strömung des den Ventilsitz (6) passierenden Mediums in einem Durchtrittsspalt (24) in der Nähe der Ventilsitzinnenwandund mündet .

609886/0004 ...

4. Durchflußregelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulsdruckrohr (18) konzentrisch mit Abstand innerhalb der Entlastungsbohrung (16) durch die hohle Ventilstange (11) geführt ist.

Patentanwal

609 886/0004

ORIGINAL SNSPECTED