DE2747980A1

DE2747980A1 - Durchflussregelventil mit zylindrischem ventilkoerper

Info

Publication number: DE2747980A1
Application number: DE19772747980
Authority: DE
Inventors: Pasquale Columbo Bondi
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1978-05-03
Also published as: US4114857A; FR2369613A1; IT1087035B; JPS5373620A; CA1082564A; JPS6032810B2; BE860186A

Description

DurchfIußreye I venti I mit zylindrischem Ventilkörper.

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Durchf I ußventi I en des Typs mit zylindrischem Ventilkörper oder Drosselkörper, und besonders ein solches Durchf I ußrege I venti I oder Dosierventil dieses Typs, das so aufgebaut ist, daß die durch das Eintreten des fließfähigen Mittels in die Einlaßöffnung oder den Einlaß und durch den inneren Aufbau des Ventils entstehenden hydraulischen Verluste nicht die am Ventil erfaßten Druckwerte beeinflußen und daher keine Auswirkung auf den vom Ventil erzeugten Strömungsverlauf besitzen.

8098 1 8/0880

In der Industrie wurden solche Durchf lußrege I venti le oder Dosierventile für verschiedenartigste Anwendungszwecke benutzt. Solche Ventile enthalten allgemein Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen zur Regelung des Durchflusses zwischen den beiden öffnungen. Diese Ventile besitzen eine Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten, bei denen eine Änderung der Durchflußmenge des fließfähigen Mittels in Abhängigkeit von einer anderen mechanischen Einrichtung bewirkt wird. Ein im weiten Umfange verwendetes Ventil dieser Art enthält ein Gehäuse mit einer VentiIbohrung in dem Gehäuse und in axialem Abstand voneinander angeordneter Einlaßöffnung und Auslaßöffnung. In der Ventilbohrung befindet sich eine drehbare Spule oder zylindrischer Ventilkörper mit an seinem Umfang angeordneten vertieften Bereichen, welche mit dem Ventilgehäuse zusammen einen axial begrenzten Strömungsweg zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung bilden. Der zylindrische Ventilkörper enthält einen hervorstehenden Teil oder Stegteil benachbart zu der Auslaßöffnung mit einem Querschnitt, welcher etwas größer ist als der Querschnitt der Auslaßöffnung, so daß durch Drehung des zylindrischen Ventilkörpers und/oder durch axiale Verschiebung des Ventilkörpers in der Bohrung der Auslaßquerschnitt verändert wird und damit die Menge des aus der Auslaßöffnung austretenden fließfähigen Mittels geregelt wird. Solche Ventile besitzen eine Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten und können typischer Weise benutzt werden zur Regelung eines Brennstoff stroms in einer solchen Weise, daß sich der Brennstoffdurchf luß linear mit der Stellung des zylindrischen Ventilkörpers (Spule) verändert. Zu diesem Zweck enthalten vorbekannte Ventile dieses Typs allgemein Wandler zur Messung des Drucks über der Ventilauslaßöffnung. Diese Druckwerte werden dann verwendet zur Verstellung einen Druck rege I venti Is in dem zum Durchflußregelventil zugeführten fließfähigem Mittel, so daß die Druckdifferenz über der Auslaßöffnung des Durchf lußrege I ventiIs konstant gehalten wird und dadurch der Durchfluß durch das Regelventil linear mit der Drehung des Ventilkörpers oder seiner axialen Verschiebung verändert werden kann. Die Beziehung zwischen der Durchflußmenge des fließfähigen Mittels und dem Querschnitt

809818/0860

2747

der Auslaßöffnung kann mathematisch durch folgenden Ausdruck dargestellt werden

α/δρ'

dabei bedeuten: Q = Durchfluß des fließfähigen Mittels

K = eine Konstante abhängig von der Geometrie des

Vent i Is

A = Quer sehni11sf I äche der Auslaßöffnung Δ Ρ = Druck über der Auslaßöffnung.

Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, daß durch konstant Halten des DrucksΔΡ über der Aus I aßöffnung sich die Durchflußmenge 0 des fließfähigen Mittels linear ändert in Abhängigkeit von der Quer sehni11sfIäche A der Auslaßöffnung, wobei sich diese linear in Abhängigkeit von der Stellung des Venti Ikörpers verändert.

Die Figur 1 zeigt ein typisches bekanntes Ventil dieser Bauform. Der Druck über der Auslaßöffnung 4 des bekannten DurchtlußregeI-ventils 2 wird allgemein an den ringförmigen Hohlräumen 6 und 8 entnommen, welche die Einlaßöffnung 3 bzw. die Auslaßöffnung 4 umgeben. Solche vorbekannte Ventile besaßen jedoch ein unbefriedigendes Betriebsverhalten, besonders bei relativ großen Durchflußgeschwindigkeiten für das fließfähige Mittel, bei denen diese vorbekannten Ventile übermäßig große Abweichungen in Durchfluß erzeugen. Diese Abweichungen sind ein Ergebnis der hydraulischen Verluste an dem Einlaß und in dem Ventil, welche den Druck zwischen dem Einlaßquerschnitt und dem Auslaßquerschnitt verringern und dadurch eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Druckdifferenz über der Auslaßöffnung und der erfaßten Druckdifferenz bewirken. Die hydraulischen Verluste besitzen dabei eine Tendenz zur Aufhebung der Fähigkeit des zylindrischen Ventilkörpers zur Erzeugung eines gewünschten Verlaufs oder einer gewünschten Kennlinie der Durchflußmenge in Abhängigkeit von der Einstellung des Venti I körpers. Diese Erscheinung ist besonders ausgeprägt bei

809818/0880

Verwendung des Ventils zur Regelung oder Dosierung großer Durchflußmengen. Mit dem Ansteigen der Durchflußmenge durch das Ventil erlangen die inneren Verluste größere Bedeutung und bewirken ein beträchtliches Abfallen der Durchflußkurve unter die gewünschte lineare Durchflußkurve. Diese Erscheinung ist dargestellt in der Kurve der Figur 3.

Es ist daher die Hauptaufgabe der Erfindung ein Gerät zu schaffen zur Entnahme des Drucks stromaufwärts von dem Auslaß eines Durchflußrege I ventiIs des Typs mit zylindrischem Ventilkörper im inneren des Ventils, so daß die hydraulischen Verluste am Ventileinlaß und im Innern des Ventils eine vernachlässigbare Auswirkung auf den vom Ventil erzeugten Durchflußverlauf besitzen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zu schaffen zur Entnahme des Drucks an einem Durchflußrege I venti I des Typs mit zylindrischem Ventilkörper, bei welcher die hydraulischen Verluste am Ventileinlaß und in dem Ventil als Pumpverluste erscheinen und keine Auswirkung auf die vom Ventil erzeugte Durchflußkurve besitzen.

Gemäß der Erfindung worden diese und weitere Aufgaben bei einem Durchflußregelventil gelöst, welches ein Gehäuse mit einer Ventilbohrung und axial untereinander beabstandete Einlaßöffnung und Auslaßöffnung besitzt. In der Bohrung ist ein zylindrischer Ventilkörper (Spule) drehbar und axial verschiebbar angeordnet und besitzt am Umfang vertiefte Bereiche, welche zusammen mit den Innenwänden des Gehäuses einen axial begrenzten Strömungsweg zwischen dem Einlaß und dem Auslaß begrenzen. Der zylindrische Ventilkörper besitzt auch noch einen vorstehenden oder Stegteil benachbart zu der Auslaßöffnung, dessen Querschnittsfläche geringfügig größer ist als die Ouerschnittsf lache des Auslasses, so daß durch die Drehung und/oder axiale Verschiebung des Ventilkörpers in der Bohrung der Austri11squerschni11 der Aus laßöffnung verändert und dadurch die zeitliche Durchflußmenge durch das Ventil

809818/0860

ORIGINAL INSPECTED

27^990

_ rf _

geregelt wird. Um zu verhindern, daß innere Verluste in dem Ventil die gemessene Druckdifferenz über der Auslaßöffnung beeinträchtigen ist ein Kanal oder ein rohrförmiger Durchlaß durch das Ventilgehäuse vorgesehen und bildet eine StrömungsmitteIverbindung zwischen dem Inneren des Ventils in der Nachbarschaft der stromaufwärts gelegenen Seite der Auslaßöffnung, wobei dieser rohrförmige Durchlaß in einer solchen Lage angeordnet ist, daß er von dem Stegteil des zylindrischen Venti I körpers nicht abgedeckt wird. Das andere Ende dieses Rohrdurchlasses befindet sich in einem zum Ventilgehäuse konzentrischen Hohlraum, an dem Durckmesswerte entnommen werden können. Da der Druck stromaufwärts über der Auslaßöffnung im Jnnern des Ventils und nicht an der Einlaßöffnung gemessen wird, erscheinen die hydraulischen Druckverluste durch das innere System des Ventils als Pumpverluste und beeinträchtigen nicht die vom Ventil erzeugte Durchflußkurve.

Die in dieser Weise aufgebauten Ventile gestatten eine äußerst genaue Erfassung des Drucks über der Auslaßöffnung und gestatten dadurch eine genaue Veränderung des Zustroms des fließfähigen Mittels zum Ventil zur Erzielung eines konstanten Druckabfalls über der Auslaßöffnung, sogar bei relativ großen zeitlichen Durchflußmengen des fließfähigen Mittels. Dies gestattet wiederum die Auf rechterha11ung einer linearen Kurve oder Kennlinie in dem Regelventil für die zeitliche Durchflußmenge abgetragen über der Verstellung des Venti I körpers, selbst bei relativ großen zeitlichen Durchflußmengen des fließfähigen Mittels.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den Abbildungen, welche beispielhafte Ausführungsfοrmen der Erfindung darstellen sollen und keine Beschränkung der Erfindung beinhalten.

Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines vorbekannten Durchflußregelventils mit zylindrischem Ventilkörper oder Spule.

80981 8/0860

2747380

- Js -

Die Fiyur 2 zeigt eine Schnittansicht eines Durchflußregelventils mit zylindrischem Ventilkörper als Ausführungsform der Erfindung.

Die Higur 3 zeigt eine Kurve der zeitlichen Durchflußmenge des fließfähigen Mittels abgetragen über der Verstellung des zylindrischen Ventilkörpers für ein vorbekanntes Durchf lußrege I venti

Die Figur 4 zeigt eine Kurve der zeitlichen Durchflußmenge des fließfähigen Mittels abgetragen über der Verstellung des zylindrischen Ventilkörpers für ein Durchf lußregel venti I als Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt ein vorbekanntes Durchflußrege I venti I 2. Das Ventil enthält eine Einlaßöffnung 3 und eine Auslaßöffnung 4, die jeweils von entsprechenden Hohlräumen 6 bzw 8 umgeben sind, an denen Druckmesswerte entnommen werden zur Regelung des Zuflusses des fließfähigen Mittels zur Einlaßöffnung 3, um hierdurch eine konstante Druckdifferenz über der Auslaßöffnung 8 aufrecht zu erhalten und dadurch eine lineare Kurve für die zeitliche Durchflußmenge des fließfähigen Mittels durch das Ventil in Abhängigkeit zur Drehstellung und/oder Axia Iste 11ung des Ventilkörpers aufrecht zu erhalten. Wegen der Verluste am Einlaß und der inneren Verluste entspricht jedoch die gemessene Druckdifferenz zwischen den Hohlräumen 6 und 8 nicht dem Druck über dem Auslaßquerschnitt 4. Diese Verluste werden bedeutungsvoller, wenn sich die zeitliche Durchflußmenge des fließfähigen Mittels durch das Ventil vergrößert,und führen dann zu einem relativ großen Fehler oder einer relativ großen Abweichung in der gewünschten linearen Durchflußkurve, welche von dem Ventil erzeugt wird. Diese Erscheinung ist dargestellt in der Kurve für den Durchfluß des fließfähigen Mittels durch das Ventil 3 in Abhängigkeit von der Drehstellung des zylindrischen Ventilkörpers 7. Wie aus der Figur 3 ersichtlich ist, wird die vom Ventil 2 erzeugte Durchflußkurve ausgeprägt nicht-linear mit der Vergrößerung der Durchflußmenge durch das Vent i I.

809818/0880

-sf -

Die Figur 2 zeigt ein Durchf lußregeL venti I des Typs mit zylindrischem Ventilkörper. Es besitzt ein zylindrisches Außengehäuse 12 mit einer drehbar darin angebrachten Bohrung 14. Durch das Gehäuse 12 ist eine Einlaßöffnung 18 geführt und ist von einem Strömungsring raum 20 umgeben, welcher in Strömungsmi11e I verbindung mit einem fließfähigen Mittel steht. Durch das Gehäuse 12 ist auch noch eine Auslaßöffnung 22 geführt, axial von der Einlaßöffnung 18 beabstandet und von einem Strömungsring raum 23 umgeben .

Der zylindrische Ventilkörper 16 enthält vertiefte Teile, die allgemein bei 19 gezeigt sind und mit den inneren Wänden der Venti(bohrung 14 zusammenwirken zur Begrenzung eines axial begrenzten SIrömungsweges zwischen der Einlaßöffnung 18 und der Auslaßöffnung 22. Der zylindrische Ventilkörper 16 enthält auch noch einen länglichen erhabenen Teil oder Stegteil 24 mit einem genügend großen Querschnitt zur vollständigen Abdeckung der Auslaßöffnung 22 bei einer vorbestimmten axialen Stellung und Drehstellung des Ventilkörpers 16 in der Bohrung 14. Dabei kann durch die Drehung und/oder die axiale Verschiebung des zylindrischen Ventilkörpers 16 ein fort schreitend größerer Querschni11 der Auslaßöffnung 22 in Strömungsmi11eI verbindung mit dem axial begrenzten Strömungsweg gebracht werden. Auf diese Weise kann der Durchfluß durch die Auslaßöffnung 22 durch Drehung und/oder axiale Verstellung des zylindrischen Ventilkörpers 16 in der Bohrung 14 verändert werden. Um eine lineare Änderung der zeitlichen Durchflußmenge zwischen der Ei ηLaßöffnung 18 und der Auslaßöffnung 22 durch die Veränderung der Dreheinstellung und/oder der axialen Verschiebung des zylindrischen VentiIkörpers 16 zu ermöglichen, ist in der Zuleitung für das fließfähige Mi.ttel zum Strömungsringraum 20 ein Druck rege I ventiI eingefügt (nicht gezeigt). Dieses Ventil regelt die Größe des Drucks an der Einlaßöffnung 18, so daß ein konstanter Druckabfall über der Auslaßöffnung 22 aufrechterhalten wird.

809818/0880

27*7980

Um gemäß der Erfindung eine Störung oder Verfälschung der am
DurckregeI venti I zugeführten Drucksignale durch Druckverluste des Ventils 10 zu verhindern, ist durch das Ventilgehäuse 12 eine
Durchlaßkammer oder ein Rohr 26 vorgesehen. Der Einlaß zum Rohr steht dabei in Strömungsmitte Iverbindung mit der Bohrung 14 an einer solchen Stelle, daß er bei allen Betriebsstellungen des Stegteils 24 auf dem Ventilkörper nicht von demselben versperrt wird. Das andere Ende des Rohrs 26 kann in Strömungsmittelverbindung mit einem geeigneten Ringraum 28 stehen, welcher einstückig mit dem
Gehäuse 12 ausgebildet ist zur Schaffung eines Hohlraums, aus dem Drucksignale zur Betätigung des Druckregelventils (nicht gezeigt) entnommen werden können. So kann der Druckabfall über der Auslaßöffnung 22 durch geeignete Druckwandler (nicht gezeigt) gemessen
werden, welche in den St rörnungsri ngraum 23 und 28 eingefügt sind. Da der Ringraum 28 über das Rohr 26 in unmittelbarer Strömungsverbindung mit der Ventilbohrung 14 steht, beeinträchtigen die hydraulischen Verluste, wie sie durch die verschiedenen Ablenkungen im inneren Bereich des Ventils zwischen der Einlaßöffnung 18 und
der Auslaßöffnung 22 verursacht werden, nicht die Druckmesswerte, wie sie an dem Strömungsringraum 28 entnommen werden, und bewirken daher auch nicht die übertragung von fehlerhaften Drucksignalen zu dem Druckrege I ventiI. Solche Verluste sind besonders bedeutungsvoll bei hohen zeitlichen Durchflußmengen.

Die Figur 4 zeigt eine Kurve der zeitlichen Durchflußmenge des
fließfähigen Mittels aufgetragen über der Drehverstellung eines
zylindrischen Ventilkörpers für ein Ventil mit gleicher Geometrie wie das Ventil für die Kurve nach Figur 3. Eine Ausnahme besteht
dabei darin, daß das Ventilgehäuse das Rohr 26 zwischen der Bohrung 14 und einem Strömungsringraum 28 gemä,ß der Lehre der Erfindung besitzt, so daß die Signale zur Regelung des Drucks eines
Druckrege I venti Is von dem Ringraum 23 um die Auslaßöffnung und
dem Ringraum 28 um das Rohr 26 entnommen werden. Wie aus dem Vergleich der Kurven der Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, ergeben

809818/0860

gemäß der Lehre der Erfindung aufgebaute Ventile eine bedeutend bessere lineare Durchf lußregelung bei relativ großen zeitlichen Durchf I ußmengen. Der Grund hierfür besteht darin, daß die am Einlaß und im Innenraum des Ventils entstehenden DruckverIuste als Pumpverluste erscheinen und nicht das im Innern des Ventils entnommene Drucksignal nachteilig beeinflussen.

80981 n/0860

Claims

Diirclif I ußreije I vent i I mit zylindrischem Ventilkörper.

iiche

1 j)

j) Durch f t ußrege I vent i I mit einem Gehäuse mit Bohrung, axial beabstandeten Ei η laßöf f riunyen und Auslaßöffnungen durch das Gehäuse und einem in die Bohrung eingesetzten zy I inderförmigen Venti lkörper, welcher am Umfang angeordnete vertiefte Bereiche besitzt, die zusammen mit den Innenwänden des Gehäuses einen axial begrenzeten Strömungsweg zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung begrenzen, wobei der Ventilkörper ein Stegteil zur Änderung des Auslaßquerschnittes des axial begrenzten Strömungsweges

ι r/08 80

ORIGINAL INSPECTED

^r} ■" r p r,

besitzt zur Regelung der zeitlichen Durchflußmenge des fließfähi-(j en Mittels durch das Ventil, gekennzeichnet durch: ein das Gehäuse (12) durchsetzendes Rohr (26), bei dem ein Ende in S t rörnuM;) smi 11 e I verb i ndiing mit dem axial begrenzten Strömungsweg in der Nähe des Auslasses (22) steht und sich dab andere Ende außerhalb des Gehäuses (12) befindet zur Messung des Drucks stromaufwärts vom Ventilauslaß im innerη des Ventils.
2. Dur ch f I uli reg e I ven t i I nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßquerschnitt des axial begrenzten Strömungsweges in Abhängigkeit von der DreheinsteI lung und der axialen Stellung des Venti I körpers (16) veränderlich ist und das Ende des Rohrs (26), welches in 5 t röinungsin i 11 e I verbi ndung mit dem axial begrenzten StrÖMiirigsweg steht, so angeordnet ist, daß es bei allen Dreheinstellungen des Venti I kurpers (16) nicht durch den Stegteil (24) am Ventil verdeckbar ist.
3. Dur ch f lullr eg e I ven r i I nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch:

einen das Lnde des Rohrs oder rohrförmigen Teils (26) umgebenden Hohlraum (28), welcher einstückig mit dem Gehäuse (12) ausgebildet ist und einen Ringraum zur Messung des Innendrucks des Ventils bildet.
4. System zur Regelung der zeitlichen Durchflußmenge eines fließfähigen Mittels, gekennzeichnet durch:

ein Oiirc h f lußreg e I ven t i I (|0) mit einem Gehäuse (12) und e'ner Bohrung (14) in dem Gehäuse, durch d«*s Gehäuse geführten und axial beabstandeten öffnungen als Einlaß (18) und Auslaß (22), wobei diese Einlaßöffnungen und Aui> laßöf f nungen von jeweiligen Hohlräumen (20, 23) umgeben sind, einen in der Bohrung (14) angebrachten Ventilkörper (16), welcher am Umfang vertiefte Bereiche (19) besitzt, die zusammen ,nit den Innenwänden des Gehäuses (12) einen axial begrenzten St röniung sweg zwischen der Einlaßöffnung (18) und der Auslaßöffnung (22) bilden, wobei dieser

— "Z

ORIGINAL INSPECTED

27,

Ventilkörper (16) noch einen Stegbereich (24) zur Änderung des
Aijst r i 11 squer schni 11 es des axial begrenzten Strömungsweges besitzt zur Regelung der zeitlichen Durchfluß nie η ge des fließfähigen Mittels durch das Ventil (10) und ei η imDurch laßgehäuse (12) angebrachtes Rohr (26), bei dem ein tnde in StrömungsmitteI vertu ndung mit dem axial begrenzten Strömungswey in nächster Nähe zu der Auslaßöffnung (22) angeordnet und das andere Ende von einem Hohlraum (28) umgeben ist, welcher einstückig mit dem Gehäuse (12) ausgebildet ist, zur Messung des Drucks stromaufwärts von der Auslaßöffnung im innerη des Ventils.

- n o

ORIGINAL INSPECTED