DE3544177C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Druckminderven­ til, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 im Hinblick auf die DE-PS 1 25 906 als bekannt vorausgesetzt wird.

Aus der japanischen Gebrauchsmusterschrift 45-27 184 ist ferner ein Druckminderventil bekannt, das zusätzlich zu einem Hauptventil noch ein Hilfsventil enthält, welches in einem Fluidweg liegt, der die Primärseite des Hauptventils mit einem Hohlraum oberhalb eines Kolbens verbindet, der mit dem Hauptventil gekoppelt ist, um dieses zu steuern. Das Hilfsventil wird, wie noch erläutert werden soll, durch eine Membran gesteuert, die durch den Fluiddruck von der Sekundärseite des Hauptventils aus gelenkt wird, um die Menge des in den erwähnten Hohlraum strömen­ den Fluids zu steuern, wodurch der Kolben und das mit diesem gekoppelte Hauptventil entsprechend der Druckdifferenz zwischen der Oberseite des Kolbens und seiner Unterseite, die sich in Verbindung mit dem sekundärseitigen Fluid befindet, betätigt wird.

Bei Druckminderventilen der obengenannten Art hängt das Betriebs­ verhalten entscheidend von einer exakten Verstellung des Kolbens und des Hilfsventils entsprechend den Drücken auf der Primär- und der Sekundärseite ab. Der Fluiddruck, der auf die obere Seite des Kolbens einwirkt, wird durch das Primärfluid bestimmt, das durch das Hilfsventil in den Hohlraum oberhalb des Kolbens geströmt ist und durch einen Spalt zwischen dem Kolben und dem zugehörigen Zylinder leckt. Wenn dieser Spalt klein ist, ist auch die Leckage des Fluids klein und dies kann dazu führen, daß das Hauptventil offen bleibt und/oder der Kolben im Zylinder fest frißt. Wenn der Spalt weit genug gemacht wird, um ein solches Festsetzen zu verhindern, wird die Leckage entsprechend groß, so daß die Kraft zur Betätigung des Hauptventils in unerwünschter Weise verringert wird. Wenn beim Hilfsventil das Primärfluid durch einen Spalt zwischen einem Hilfsventil­ schaft oder -kolben und einer Schaftführung in einen Hohlraum unterhalb der Membrane strömt, der im folgenden als "Membrankam­ mer" bezeichnet werden soll, ändert sich der Druck in der Membrankammer, der anfänglich gleich dem Sekundärdruck war, was das einwandfreie Arbeiten der Membrane beeinträchtigen kann. Macht man den Spalt enger, um die Leckage zu verringern, so wird eine stetige Bewegung durch die erhöhte Gleitreibung verhindert. Es ist daher wünschenswert, den gleitenden Teil mit einer Vorrichtung zu versehen, welche ein hohes Dichtungsver­ mögen und eine niedrige Gleitreibung hat.

Um dies zu erreichen, ist bei dem obenerwähnten bekannten Druckminderventil ein fester Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder vorgesehen und in einer in der Seitenwand des Kolbens gebildeten Ringnut ist ein Metallring angeordnet, der mit dem Zylinder einen engen Spalt bildet, durch den das Fluid von der Oberseite des Kolbens hindurchlecken kann. Eine solche Anordnung kann jedoch eine instabile Bewegung des gleitenden Teiles und damit ein fehlerhaftes Arbeiten der Einrichtung als Ganzes zur Folge haben. Die Leckage zwischen dem Metallring und der Innenfläche des Zylinders ist nämlich im allgemeinen wegen der Unregelmäßigkeit des Außendurchmessers des Metallringes ungleichmäßig und der Metallring verursacht manchmal auch Störungen durch Festsetzen des gleitenden Teiles infolge thermischer Expansion. Es ist daher erforderlich, den Phosphorbronzering durch einen anderen Ring zu ersetzen, der eine kleine elastische Kraft und einen kleinen Kontaktwider­ stand ausübt.

Aus der GB-PS 10 83 765 ist ein Druckminderventil bekannt, bei dem die Abdichtung zwischen einem Kolben und einem diesen umgebenden ringförmigen Bauteil durch einen Dichtungs­ ring erfolgt, der in einer Ringnut des Kolbens angeordnet ist, aus PTFE besteht und durch einen in der Ringnut angeord­ neten und diese abdichtenden O-Ring nach außen gegen das ringförmige Bauteil gedrückt wird.

Aus der Dichtungstechnik ist es ganz allgemein bekannt, Dich­ tungsringe zu verwenden, die in Umfangsrichtung an einer oder mehreren Stellen durchtrennt sind und sich mit den Enden dort stufenartig oder anderweitig überlappen. Es ist auch bekannt, solche geteilten Dichtringe mit einem Federelement zu kombi­ nieren, das den Dichtring gegen die abzudichtende Fläche drückt (H. H. Buchter "Industrial Sealing Technology" John Wiley and Sons, New York, 1979, S. 285 bis 296). Der vor­ liegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungs­ gemäßes Druckminderventil so weiterzubilden, daß eine einwandfreie Funktion der gleitenden Teile gewährleistet und Festfressen infolge thermischer Expansion vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Druckminderven­ til mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Druckmin­ derventils sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckminderventil sind ein hohes Dichtvermögen der Dichtungen, ein niedriger Gleitwiderstand und ein zuverlässiges Funktionieren auch bei größeren Tempe­ raturunterschieden gewährleistet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Druckminderventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kolben-Zylinder-Anordnung des Druckminderventils gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht einer Hilfsventilanordnung des Druckminderventils gemäß Fig. 1.

In allen Zeichnungen sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Druckminderventil enthält ein Kondensatableitergehäuse (29), das unten mit einem Deckel (31) verschlossen ist und einen Schwimmer (34) enthält, ferner ein Hauptgehäuse (1), in dem sich ein Kolben (6), ein Zylinder (9), ein Hauptventil (5) und eine Kondensat-Abscheidevorrichtung (28) mit Wirbelschaufeln (27) und einer Abscheidekammer befinden, ein Hilfsventilgehäuse (32), in dem sich ein Hilfsventil (11) befindet, und schließlich ein Federgehäuse (33), in dem eine einstellbare Druckfeder (14) angeordnet ist. Die verschiedenen Gehäuseteile sind in der angegebenen Reihenfolge durch mit Dichtungen versehene Flansche verbunden. Zwischen dem Hilfsventilgehäuse (32) und dem Federgehäuse (33) ist eine Membran (15) angeordnet.

Das Hauptgehäuse (1) hat eine Einlaßöffnung (2) und eine zu dieser koaxiale Auslaßöffnung (3), die miteinander durch eine Ventilöffnung (4) verbunden sind. Das Hauptventil (5) wird durch eine Feder gegen einen die Ventilöffnung (4) umgebenden Ventilsitz gedrückt und hat einen Mittelstift, der sich nach oben erstreckt und in der Ventilöffnung (4) stumpf am unteren Ende einer Kolbenstange anliegt, die sich vom Kolben (6) nach unten erstreckt.

Das Hilfsventil (11) ist zwischen einem Verbindungskanal (12) für eine Kammer unter dem Hauptventil (5) und einem Verbindungs­ kanal (13) für eine Kammer oberhalb des Kolbens (6) angeordnet und wird durch eine Feder nach oben gegen die Membran (15) gedrückt. Die Membran (15) steht andererseits über ein scheibenförmiges Feder­ widerlager (23) unter dem Druck einer Stellfeder (14), deren Druckkraft durch eine Stellschraube (22) einstellbar ist. Unter der Membran (15) befindet sich eine Membrankammer, die durch einen Verbindungskanal (26) mit der Auslaßöffnung (3) verbunden ist, während eine Kammer oberhalb der Membran (15) durch einen Verbindungskanal (25) mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung steht.

Die Abscheidevorrichtung (28) ist mit einem Schirm oder Netz (32) im Raum unterhalb der Ventilöffnung (4) angeordnet und enthält zwei koaxiale zylindrische Bauteile, deren Inneres am unteren Ende erweitert ist. Die Wirbelschaufeln (27) sind zwischen dem inneren und dem äußeren Bauteil angeordnet.

Im Kondensatabscheider-Gehäuse (29) befindet sich eine etwa halbkugelförmige Schwimmerhaube (35), die mehrere durchgehen­ de Löcher (36) hat und am Deckel (31) auf nicht dargestellte Weise befestigt ist. Der hohle, kugelförmige Schwimmer (34) kann sich im Raum zwischen der Haube (35) und dem Deckel (31) frei bewegen. Der Deckel (31) hat eine Auslaßöffnung (37) mit einem Auslaßventilsitz (38), der normalerweise durch den als Ventilkörper wirkenden Schwimmer (34) verschlossen wird.

Im Ruhezustand wird das Hauptventil (5) durch die nach oben wirkende Federkraft in der Schließstellung gehalten, während das Hilfsventil (11) durch die nach unten wirkende Kraft der Stellfeder (14), die vor Inbetriebnahme mittels der Stellschraube (22) eingestellt worden war, in die geöffnete Stellung gedrückt wird. Wenn nun in Betrieb Naßdampf, der einen Wassernebel mit sich führt, in die Einlaßöffnung (2) eintritt, wird der Druck des dem Einlaß zugeführten Dampfes durch den Verbindungs­ kanal (12) in den Hohlraum unterhalb des Hilfsventils (11) und dann durch das geöffnete Hilfsventil (11) und den Verbindungs­ kanal (13) in den Hohlraum oberhalb des Kolbens (6) geleitet, wodurch der Kolben nach unten gedrückt und das Hauptventil (5) geöffnet wird. Der Dampf tritt dann in das Kondensat­ abscheidergehäuse (29) ein und strömt durch das geöffnete Hauptventil (5) zum Auslaß (3).

Wenn der Druck des Dampfes im Auslaß (3) über einen vorgegebenen Wert ansteigt, wird die Membran (15), auf die der Dampfdruck über den Verbin­ dungskanal (26) zur Einwirkung gebracht wird, gegen die Feder (14) gedrückt. Hierdurch wird das Hilfsventil (11), das durch eine Feder nach oben gedrückt wird, geschlossen, und es stellt sich infolge einer Leckage durch eine Öffnung (10; Fig. 2) des Kolbens (6) ein Druckgleichgewicht zwischen der Oberseite und der Unterseite des Kolbens (6) ein. Das Hauptventil (5) wird dann durch die Federkraft und den Dampfdruck, der von der Primär- oder Einlaßseite her auf es einwirkt, geschlossen und die Dampfströmung wird unterbrochen.

Die oben beschriebenen Vorgänge wiederholen sich entsprechend den Änderungen des Primärdampf- oder Einlaßdruckes, wobei der Sekundär- oder Auslaßdruck auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.

Fig. 2 zeigt die Kolbenanordnung des vorliegenden Ventils. Die Kolbenanordnung enthält den Zylinder (9) und den in ihm angeordneten Kolben (6). Zwischen Kolben und Zylinder besteht ein kleiner Spalt oder Zwischenraum. Die Oberseite und die Unterseite des Kolbens (6) sind zu dem obenerwähnten Zweck durch die enge Öffnung (10) verbunden. In der zylindrischen Außenwand des Kolbens sind in axialem Abstand voneinander zwei Ringnuten (61) vorgesehen und in jede Ringnut (61) ist ein ringförmiges Dichtungselement (8) eingepaßt. Das Dichtungsele­ ment (8) besteht aus einem Fluorkunststoff und ist an mindestens einer Stelle (62) aufgetrennt. Zwischen dem Dichtungselement (8) und dem Boden der Nut (61) ist eine Blattfeder (7) angeord­ net, die das Dichtungselement (8) gegen die Innenfläche des Zylinders (9) drückt, um eine innige Berührung mit dieser sicherzustellen.

Wie Fig. 3 zeigt, enthält die Hilfsventilanordnung (11; Fig. 1) eine Schaftführung (16) mit einem Führungs­ loch (161) und einen in letzteres eingesetzten Hilfsventilkolben oder -schaft (17). Um das untere Ende des Führungsloches (161) ist ein Ventilsitz (162) zur Anlage eines Schließkörpers (21) des Hilfsventilschaftes (17) gebildet. Das Führungsloch (161) wird von einem horizontalen, durchgehenden Loch (18) geschnit­ ten, das in der Schaftführung (16) gebildet und aus den oben erläuterten Gründen mit dem Verbindungskanal (13) (Fig. 1) verbunden ist.

Der Hilfsventilschaft (17) enthält eine Spindel (171), deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als der Innendurchmesser des Führungsloches (161) der Schaftführung (16). Die Spindel (171) hat einen einstückig gebildeten, flanschartigen verdick­ ten Teil (172), der sich knapp oberhalb des durchgehenden Querloches (18) befindet, sie ist am unteren Ende mit dem Schließkörper (21) verbunden, an ihrem oberen Ende ist ein Kappen- oder Kopfteil (173) durch einen Preßsitz befestigt und sie wird zwischen den Teilen (172) und (173) von einer gleitend aufgesetzten Hülse (20) umgeben. Die Teile (20), (172) und (173) haben einen Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Führungsloches (161). Zwischen den Teilen (20) und (172) sowie den Teilen (20) und (173) befindet sich jeweils eine ringnutartige Vertiefung. In diesen Vertiefungen sind jeweils zwei ringförmige Dichtungselemente (19) angeordnet. Die Elemente (19) bestehen jeweils aus einem Fluorkunststoff und sind an mindestens einer Stelle (191) aufgetrennt. Die axialen Abmessungen der Elemente (19) und (20) sind so bemessen, daß ihre Summe kleiner ist als der Abstand zwischen den Teilen (172) und (173), so daß eine nennenswerte axiale Bewegung der Elemente (19) und (20) möglich ist. Dies gestattet eine etwaige thermische Expansion der Dichtungselemente (19) sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufzunehmen, so daß das eingangs geschilderte Problem des Festsetzens vermieden wird. Auf dem Kopfteil (173) ist eine Kappe (24) mit gewölbter Oberseite für die Anlage an der Membran (15) (Fig. 1) angeordnet.

Die Dichtungselemente (8) und (19), die aus einem Fluorkunststoff, wie PTFE bestehen, und an mindestens einer Stelle (62) bzw. (191) zum Beispiel schräg oder stufenförmig aufgetrennt sind, weisen einen sehr geringen Gleitwiderstand auf und nehmen eine etwaige thermische Expansion auf. Ihr axialer Abstand längs des Kolbens (6) oder (17) verhindert eine Schiefstellung oder ein Verkippen, das zu einem ungleichmäßigen Kontakt führen könnte, so daß ein dauernder gleichmäßiger Betrieb des Ventils gesichert ist.

Claims (4)

1. Druckminderventil mit einem Hauptventil und einem Hilfs­ ventil, die jeweils zur Steuerung eine Plungeranordnung mit einem beweglichen inneren Teil, das eine zylindrische Außen­ fläche hat, und ein stationäres äußeres Teil, das eine der Außenfläche des inneren Teiles gegenüberliegende zylindrische Innenfläche hat, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche des inneren Teils (6, 17) mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete ringnutförmige Ver­ tiefungen (61) aufweist, die jeweils mindestens ein ring­ förmiges, eingepaßtes Dichtungselement (8, 19) enthalten, welches aus einem Fluorkunststoff besteht und an mindestens einer Stelle (62, 191) aufgetrennt ist, daß das innere Teil (17) des Hilfsventils ein Hilfsventilschaft und das äußere Teil (16) des Hilfsventils eine Schaftführung ist; daß der Hilfsventilschaft in einem mittleren Teil einen verringerten Durchmesser und beidseits des mittleren Teiles Teile (172, 173) mit unverändertem Durchmesser hat; daß auf dem mittleren Teil eine zylindrische Hülse (20) gleitfähig angeordnet ist; und daß die Abdichtelemente (19) den mittleren Teil umgebend zwischen der Hülse (20) und den beiden Seitenteilen (172, 173) unveränderten Durchmessers mit einem gewissen axialen und radialen Spiel angeordnet sind.

2. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden der Vertiefung (61) und dem Dichtungs­ element (8) ein elastisches Teil (7) angeordnet ist, welches das Dichtungselement gegen die Innenfläche des äußeren Teiles (9) drückt.

3. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Teil eine ringförmige Blattfeder ist.

4. Druckminderventil nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teil des Hauptventils einen Kolben (6) mit einem seine beiden Seiten verbindenden Loch (10) enthält.