DE2819876A1

DE2819876A1 - Stroemungsregler

Info

Publication number: DE2819876A1
Application number: DE19782819876
Authority: DE
Inventors: Pierre Lezier
Original assignee: LEZIER
Current assignee: LEZIER
Priority date: 1977-05-06
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1978-11-09
Also published as: FR2389933A1; CH622111A5; FR2389933B1; GB1598896A

Description

-A-

Strömungsregler

Die vorliegende Erfindung betrifft Strömungsregler für Fluide und insbesondere Druckregler für strömende Fluide.

Es sind bereits zahlreiche Strömungsregler für Fluide bekannt, die auf dem Prinzip der Steuerung der Strömung als Funktion eines Referenzdruckes im Kreislauf basieren, beispielsweise des Niederdruckes oder als Funktion von dififerentiellen Drucken, die der Leistung des strömenden Fluides entsprechen.

Welches Prinzip der Steuerung auch immer angewendet wird, es verbleiben die Probleme, die durch das Ausgleichen des Verschlußteils in Abhängigkeit von den Druckbereichen oder den zu steuernden Fluidleistungen hervorgerufen werden. Diese Probleme wurden teilweise durch den Einsatz von Teilen mit Doppelplatte oder von Ausgleichskolben gelöst, soweit es sich um Verschlußteile mit linearer Verschiebung handelt oder durch den Einsatz von Zylindern mit Zweifachbohrung soweit es sich um Verschlußteile mit WinkelverSchiebung handelt. Daraus resultiert generell ein komplizierter Aufbau von empfindlichen Bauteilen, was sich nicht nur auf die Herstellungskosten auswirkt sondern auch auf die Häufigkeit von Fehlfunktionen.

Weiterhin ändern sich gemäß der gewählten Regelungsart die Einsatzbereiche zwischen einer Leistung von beinahe Null und einer Leistung in der Größenordnung von 2 m see oder in einem Geschwindigkeit sbere ich um 2 m/sec herum mit einem stark reduzierten Wirkungsgrad bis zur Leistung von ungefähr Null. In Anlagen großen Maßstabes wie z.B. städtischen Verteilernetzen oder Bewässerungsanlagen steigen jedoch die Strömungsge-

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schwindigkeiten immer mehr an. Dabei ermöglicht die Regelung einer Strömung geringer Leistung erhebliche Einsparungen.

Es wurden auch bereits elektronische Regler zur Steuerung vorgeschlagen, um die Leistungsfähigkeit zu verbessern und größere Einsatzbereiche abzudecken, jedoch erfordern sie zusätzliche Stromquellen sowie einen erheblich höheren Aufwand für die Anschaffung und den Unterhalt.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Strömungsregler für Fluide zu schaffen, der die Oben genannten Nachteile vermeidet, dessen alleinige Energieversorgung von den zu steuernden Fluid stammt, der eineneinfachen und robusten Aufbau aufweist, sowie eine optimale Arbeitsweise in einem weiten Anwendungsbereich ermöglicht, insbesondere bei sehr geringen Leistungen bis hin zum Wert Null. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen Regler zu schaffen, der unempfindlich ist bezüglidi des Absolutwertes der zu regelnden Fluiddrucke und der Verwendung einer kleinstmöglichen Anzahl beweglicher Teile, wodurch eine erhebliche Verringerung der mechanischen Zugkräfte erzielt wird, denen diese Teile unterworfen sein können; dabei weist der Regler eine große Einsatzbreite auf und kann an spezielle Forderungen einer Steuerung der Strömung von Fluiden in Anlagen mit unterschiedlichsten Einsatzparametern angepaßt werden.

Ausgehend von einem Strömungsregler für Fluide mit einer Zuführleitung, einer Abfuhrleitung, Verbindungsstücke für diese Leitungen mit Rohrleitungen, einem Gehäuse, einem beweglichen Verschlußteil im Gehäuse, das. mit einem Anschlag im Gehäuse zusammenwirkt um in wählbarer Weise eine Verbindung zwischen

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der Zufuhrleitung und der Abfuhrleitung herzustellen, wobei das Verschlußteil unter der Einwirkung eines Führungsdruckes steht, erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die hohle zylindrische Form des Verschlußteiles ermöglicht eine Verringerung der Variationen der den verschiedenen Drucken unterworfenen Flächen des Teiles, wobei allein der relativ schmale Bereich des vorderen Zylhderrandes den Übergangseinwirkungen zwischen den stromaufwärts und stromabwärts herrschenden Drücken des Reglers unterworfen ist.

Die abgeschrägte Form des vorderen Randes des zylindrischen Kolbens gestattet einerseits mit höchstmöglicher Präzision die ringförmige Fläche des Verschlußteils zu bestimmen, die zwischen der Offenstellung und der Schließstellung dem stromaufwärts herrschenden Druck ausgesetzt ist und andererseits eine Verbesserung der laminaren Strömung des Fluides am Ort der Einschnürung zwischen dem Verschlußteil und dem Anschlag und ermöglicht damit, daß die axialen Kräfte, die auf den Zylinder einwirken, unabhängig von der Fluidleistung sind.

Die feststehende Scheibe bildet den Vorteil, den Boden des zylindrischen Verschlußkoblens von dem stromaufwärts herrschenden Druck zu isolieren, so daß auf das Verschlußteil keine Axialkräfte aufgrund dieses Druckes einwirken, wodurdi er seine Geschmeidigkeit bei der Verschiebung und eine Ansprechgeschwindigkeit aufweist, die vom Absolutwert auch eines erhöhten Drucks unabhängig sind. Der Verschlußkolben ist demzufolge nur den differentiellen Drücken unterworfen , die beiderseits auf den Boden ein-

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wirken, d.h. genau den Steuerdrücken^ die die Referenzdrucke des zu regelnden Fluides darstellen.

Ein derartiger Regler gestattet demzufolge eine Strömungsregelung mit schnellem Ansprechen und einem Minimum von Teilen zum Druckausgleich bei Leistungen, die zwischen Null m/s bis 6 m/s variieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Reglers mit einem hohlen zylindrischen Verschlußteil und

Figur 2 ebenfalls schematisch in einem vergrößerten Maßstab die Einschnürungsfläche zwischen dem Verschlußblock und der Gehäuseinnenwand.

Der in Figur 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Regler weist in herkömmlicher Weise eine Zufuhrleitung 1 auf, mit Befestiungsmittel für eine Zufuhrleitung, beispielsweise einem Flansch 2, sowie eine Ausgangsleitung 3, die ebenfalls mit einem Flansch 4 versehen ist, mit dem er mit einer anderen Leitung verbunden werden kann. Die Zufuhrleitung 1 mündet in eine erste Kammer 5, die im unteren Teil des Gehäuses angeordnet ist, das wiederum mit 6 bezeichnet ist, wobei die erste Kammer 5 mit einer zweiten ringförmigen Kammer 7 in Verbindung steht und zwar mittels eines zylindrischen Flansches 8 und einer Einschnürungsfläche, die vom linear verschiebbaren mit 9 bezeichneten Verschlußteil gebildet wird und einem ringförmigen Anschlag 10, der in einer senkrechten Ebene zum zylindrischen Flansch 8 angeordnet ist und deren innerer Durchmesser größer als der Durchmesser des Flansches ist.

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Das linear verschiebbare Verschlußteil 9 weist erfindungsgemäß die Form eines zylindrischen Hohlkolbens auf, der von einer zylindrischen Seitenwand 11 und einer ebenen Platte gebildet wird, wobei das Verschlußteil 9 zum Flansch 8 konzentrisch ist und sich längs seiner Symmetrieachse im Inneren des Gehäuses 6 verschieben läßt, wobei es sich auf eine Ringdichtung 13 abstützt, die gleitend im Gehäuse 6 angeordnet ist und mit der Außenfläche 14 der Längswand 11 des Verschlußteils 9 zusammenwirkt. Eine beispielsweise über einen Stab 16 mit dem Gehäuse 6 fest verbundene Scheibe 15 ist in Inneren des Verschlußteils 9 angeordnet, wobei der Außendurchmesser der Scheibe 15 etwas kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Kolbens 9 ist, der durch die Innenfläche 17 der Längswand gegeben ist, so daß der zylindrische Kolben 9 ebenfalls gleiten kann und gegen die feste Scheibe 15 mittels einer ringförmigen gleitenden Dichtung 18 am Umfang der festen Scheibe 15 abgedichtet ist.

Außer der Stabilisierungskammer oder Hochdruckkammer 5 und der ringförmigen Kammer 7 oder Niederdruckkammer weist der Regler erfindungsgemäß eine obere oder Steuerkamitier 19 auf, zwischen der oberen Fläche der Platte 12 des zylindrischen Kolbens 9 und dem oberen Teil des Gehäuses sowie eine Ausgleichskammer 20 zwischen der Innenwand der Platte 12 des zylindrischen Kolbens 9 und der oberen Fläche der festen Scheibe 15.

Der vordere Rand der Längswand 11 des zylindrischen Kolbens weist eine abgeschrägte Fläche 21 auf, die mit einer Längsrichtung der Innenwand 17 des zylindrischen Kolbens 9 einen spitzen Winkel bildet und die Innenwand 17 mit der Außenwand dergestalt verbindet, daß eine ringförmige Kante 22 entsteht.

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deren Durchmesser gleich dem inneren Durchmesser der Längswand 11 des zylindrischen Kolbens 9 ist. Auf diese Weise wird die Einschnürungsfläche zwischen den unter Hochdruck stehenden Teilen und den unter Niederdruck stehenden Teilen des Reglers genau durch die Ebene¹ der Kante 22 und die Ebene der oberen Fläche des ringförmigen Teiles 10 definiert. Dieser Aufbau■-gestattet einerseits eine Verbesserung der laminaren Strömung des Fluides am Ort der Einschnürung, wie es durch die-Pfeile in Figur 2 angedeutet ist, und vermeidet gleichzeitig, daß die Oberfläche des zylindrischen Kolbens unter dem Eindruck des stromaufwärts herrschenden Druckes sich wesentlich zwischen der Offenstellung und der Schließstellung des Versdiußteils ändert, da diese Oberfläche im wesentlichen auf die Kante 22 des zylindrischen Kolbens begrenzt ist und die abgeschrägte Fläche 21 des zylindrischen Kolbens praktisch vollständig dem stromabwärts vorherrschenden Druck ausgesetzt ist, der in der ringförmigen Kammer 7 vorhanden ist aufgrund der laminaren Entspannung zwischen der Kante 22 und der Dichtung 10. Die Platte 12 des zylindrischen Kolbens 9 ist dann wegen der festen Scheibe weder dem Hochdruck in der Kammer 5 ausgesetzt noch wegen der Dichtung 13 dem in der ringförmigen Kammer 7 herrschenden Niederdruck ausgesetzt, so daß der zylindrische Kolben 9 keine axiale Verschiebung aufgrund dieser Drücke erfährt; die auf die Längswände 11 des zylindrischen Kolbens 9 einwirkenden Kräfte gleichen sich aufgrund der rotationssymmetrischen Ausgestaltung des Kolbens aus und beeinflussen demzufolge nicht die Längsverschiebungen entlang der Symmetrieachse.

Die Steuerung der Verschiebung des Verschlußteils 9 als Funktion der Parameter des strömenden Fluides erfolgt mittels des Druckes in der Steuerkammer 19. Die Kammer 19 weist eine Öffnung 23 auf, die über eine gestrichelt dargestellte Leitung 24 mit einem Druckfühler verbunden werden kann, der an

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einer Stelle angeordnet ist an der der Druck geregelt werden soll, beispielsweise der Druck unterhalb der Leitung 3 oder die mit jeder, anderen Druckquelle verbunden sein kann, die von einem charakteristischen Druck des zu steuernden Fluides abhängt. Unter der Annahme, daß die Leitung 24 mit einem stromabwärts angeordneten Fühler in der Anlage verbunden ist, bewirkt ein= jegliche Leistungsänderung in der Anlage eine Änderung dieses stromabwärts herrschenden Druckes, wodurch eine Verschiebuig des Verschlußteils 9 hervorgerufen wird, die den Einschnürungsquerschnitt des Reglers dergestalt verändert, daß die Änderung des stromabwärts herrschenden Druckes ausgeglichen wird. Zur Unterstützung der Verschiebungen des Verschlußteils 9 ist dieser vorteilhafterweise ständig mit einer mechanischen Druckvorrichtuna verbunden, die z.B. aus einer Feder 25 besteht, deren Wirkung mittels eines Schaftes 26, der an der Platte 12 befestigt ist, übertragen wird, wobei der Schaft die obere Wand der Kammer 19 durch eine Dichtung hindurch durchsetzt.

Anstelle einer Feder 25 kann auch eine Vorrichtung mit Gegengewichten vorgesehen sein, um den Druck auf das Verschlußteil 9 auszugleichen, der von dem in der Steuerkammer 19 unter Druck stehenden Fluid ausgeübt wird. Um dies zu erzielen, ist die Ausgleichskammer 20 über eine Öffnung 28 und eine Leitung 29 entweder mit der Umgebungsluft verbunden oder mit einer Unterdruck-Gasquelle je nach der Größe des Steuerdruckes der in der Steuerkammer 19 herrscht.

Bei einem anderen Ausführungöbeispiel kann zur Stabilisierung der Leistung der erfindungsgemäße Regler mit den Leitungen 24 und 29 der Kammern 19 und 20 mit Druckabnehmern von Unterdruckvorrichtungen verbunden sein, beispielsweise einem Venturi-

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Element oder einem Diaphragma, das in einer Leitung der zu steuernden Anlage dergestalt vorgesehen ist, daß eine Verschiebung des Verschlußteils 9 gemäß den erzeugten Druckänderungen durch die Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten erzielt wird.

um zu verhindern, daß die großen Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids am Einschnürungsort insbesondere aufgrund ihrer laminaren Eigenschaften und aufgrund des Hohlsoges eine außergewöhnliche Abnutzung des Anschlages 10 hervorrufen, ist letzterer in einer Ausnehmung 30 dergestalt angeordnet, daß die obere Fläche 31 des Anschlages in einer Ebene im wesentlichen unterhalb der Ebene 32 des Gehäuseaufbaus zu liegen kommt, in dem die Aussparung 30 angeordnet ist, so daß die Einschnürungsfläche in der Tat zwischen der Ebene 32 und der Kante 22 des Verschlußteils 9 gebildet ist.

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Leerseife

Claims

Pierre LEZIER, Andre LEZIER, "La Salle", 73290 La Motte Servolex, Frankreich

Patentansprüche

c 1.J Strömungsregler für Fluide mit einer Zufuhrleitung, einer Ab- ^~^/^ fuhrleitung, Verbindungsstücke für diese Leitungen mit Rohrleitungen, einem Gehäuse , einem beweglichen Verschlußteil im Gehäuse, das mit einem Anschlag im Gehäuse zusammenwirkt um in wählbarer Weise eine Verbindung zwischen der Zufuhrleitung und der Abfuhrleitung herzustellen, wobei das Verschlußteil unter dem Einwirken eines Führungsdruckes steht, dadurch gekenn ze ichnet , daß das Verschlußteil aus einem zylindrischen Hohlkolben besteht, dessen eine Fläche eine Platte ist, die entlang der Symmetrieachse verschiebbar ist um über der Vorderfläche des der Platte gegenüberliegenden ringförmigen Randes mit einem ringförmigen Anschlag zusammenzuwirken, der wiederum in einer im wesentlichen senkrecht zur Schieberichtung des Verschlußteiles verlaufenden Ebene angeordnet ist.
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hohlkolben derart angeordnet ist, daß er mit seiner zylindrischen Außenwand im Gehäuse gleiten kann und daß er mit seiner Innenwand entlang einer fest mit dem Gehäuse verbundenen Scheibe in dichter Weise gleiten kann.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Außenfläche der Platte des zylindrischen Hohlkolbens ein Druck wirkt, der eine Funktion eines charakteristischen Strömungsdruckes des zu regelnden Fluides ist.
4. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderfläche des ringförmigen Randes des zylindrischen Hohlkolbens abgeschrägt ist.
5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Anschlag in einer Ausnehmung des Gehäuses derart untergebracht ist, daß diejenige Fläche des Anschlages, die mit der Kante der Abschrägung des zylindrischen Hohlkolbens zusammenwirkt, gegenüber der durch die Ränder der Ausnehmung gebildeten Ebene leicht zurückgesetzt ist.
6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hohlkolben unter der Wirkung einer Rückholvorrichtung steht, die dem zu regelnden Druck entgegenwirkt.
7. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Innenfläche der Platte des Hohlkolbens und der feststehenden Scheibe gebildete Kammer mit einer Druckquelle verbunden ist.
8. Regler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Innenfläche der Platte des Hohlkolbens ein Druck in Abhängigkeit von der Leistung des strömenden und zu regelnden Fluides wirkt.

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9. Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Fläche der Platte des Hohlkolbens differentielle Drücke als Funktionen der Leistung des zu regelnden Fluides wirken.

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