DE2365678C3 - Durchflußregelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflußregelventil mit von einer Steuermembran entgegen der Wirkung einer Ventilfeder verstellbarem, durch einen Balg 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.

Anstelle 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 Druckflußregler 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 konstantgehalten werden. Zu diesem Zweck wird in dem Durchflußregelventil oder in der Nähe desselben eine Drosselstelle vorgesehen und der dort entstehende Druckabfall möglichst konstantgehalten. 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 Gewichtsbelastung an der Steuer- oder Meßmembran bzw. am Steuer- oder Meßkolben verändert werden, oder es kann auch der durchströmte Querschnitt des Drosselorgans variiert werden.

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 Durchfluß zugeordnet ist, welcher demnach bei konstantem Differenzdruck auch konstant sein soll, ίο Diese Aufgabe wird bei einem Durchflußregelventil der genannten Art, dessen Ventilkegel in an sich bekannter Weise durch einen Balg, einen Kolben entlastet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Abgriff des Entlastungsdruckes an einer oberhalb des Ventilkegels in der Nähe des Ausströmungsquerschnittes liegenden Entnahmestelle vorgesehen ist.

Die Entnahmestdle soll verhältnismäßig nahe an der

Innenfläche des Ventilsitzes angeordnet werden. Dies kann z. B. 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 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 geeigneten 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 Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 im vertikalen Längsschnitt ein Durchflußregelventil mit einem Drosselorgan in Form einer Schraubenfeder,

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

F i g. 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 seillich durchbrochenen Bechers,

F i g. 5 in einem entsprechendem Längsschnitt ein Durchflußregelventil ähnlich Fig.4, jedoch mit einem zusätzlichen, den durchbrochenen Drosselbecher umgebenden, ebenfalls durchbrochenen, aber ortsfesten Zylinder, und

F i g. 6 bis 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. In einer Gewindebohrung des Gehäusedeckels 2 ist mit b5 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 Schraubenfedeiachse verlaufende Rejhteckseiten den Durchströmungsdrosselspalt zwischen den Federwindüngen 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 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 Ventilstange 11 ist ein Ventilkegel 15 angeordnet, der mit der unteren Sitzkante des Ventilsitzes 6 zusammenarbeitet. Durch die Ventilstangs 11 und den Ventilkegel 15 erstreckt sich eine axiale Entlastungsbohrung 16, weiche 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 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 Drittel des von der Drosselschraubenfeder 5 umgebenen Raumes besonders günstig ist, weil in dieser Zone praktisch die Drckverhältnisse 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 14' umgebene Membrangehäusekarnmer 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 Bal.gboden 10 drückenden, vorgespannten Ventilfeder 23 den Ventilkegel 15 in seine Öffnungsstellung ν '->e wegen 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 Entlastumgsdruckraum 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 Entlastungsdnickes besonders günstig an einer Stelle erfolgt, die sich über dem Ventilkegel in der Nähe des AuE-strömquerschnittes 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 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 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 wie z. B. die Schraubenfeder 5 angeordnet wird, wobei der Druckabfall über dem Drosselorgan ein Maß für den Durchfiel 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 F i g. 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 Fig.3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 2 dadurch, daß die Abnahme des Impulsdruckes aus dem Innenraum des Drosselbechei s 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 Membrangehäu- !.skammer 19 mündet.

Die in F i g. 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 F i g. 5 dargestellte Ausführungsform der Erfindung verwendet einen seitlich mit Durchbrechungen versehenen Drosselbecher 27. Derselbe ist aber außen von einem ortsfesten Zylinder 31 umgeben, welcher Durchbrechungen 32 aufweist, die den Durchbrechungen 30 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 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

ίο Ventil, gegebenenfalls auch davon ab, wie der zweite Differenzdruckimpuls gebildet wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Durchflußregelventil mit von einer Steuermembran entgegen der Wirkung einer Ventilfeder verstellbarem, durch einen Balg 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. Durchflußregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmestelle des Entlastungsdruckes verhältnismäßig nahe an der Innenfläche des Ventilsitzes (6) vorgesehen ibt.

3. Durchflußregelventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende der hohlen Ventilstange (11) in einem Abstand von dem Ventilkegel (15) eine Druckentnahmeleitung (25) angeordnet ist, welche mit dem oberen Ende einer in den Entlastungsraum (17) führenden Entlastungsbohrung (16) der Ventilstange (11) verbunden ist und etwa senkrecht zur Strömung des den Ventilsitz (6) passierenden Mediums in einem Durchtrittsspalt (24) in der Nähe der Ventilsitzinnenwandung mündet.

4. Durchflußregelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulsdruckrohr (18) für die Übertragung des hinter dem Drosselorgan herrschenden Steuerdruckes konzentrisch mit Abstand innerhalb der Entlastungsbohrung (16) durch die hohle Ventilstange (11) geführt ist.