DE521821C - Reduzierventil - Google Patents

Description

Reduzierventile mit Membranen und Flüssigkeitsbelastung bekannter Bauart, die sich für mittlere Drücke in bezug auf Genauigkeit und Betriebssicherheit in der Praxis bewähren, benötigen unbequem hohe Flüssigkeitssäulen, sobald der reduzierte Druck hoch ist und beispielsweise 10 at überschreitet. In solchen Fällen empfiehlt es sich, den hydrostatischen Druck durch einen konstant gehaltenen Druck von gespannten Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen zu ersetzen.

Es sind auch schon Reduzierventile bekannt, bei welchen ein durch eine Flüssigkeitssäule konstant gehaltener Druck auf die eine Seite der Membran, auf die andere aber der reduzierte Dampfdruck wirkt. Dabei liegt es nahe, die Membran auf der Dampfdruckseite durch Zwischenschaltung einer neutralen Flüssigkeitsschicht vor einem stärkeren Angriff durch den gespannten Dampf zu schützen.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Reduzierventil, bei welchem ein von einem Hilfsventil annähernd konstant gehaltener Druck des zu reduzierenden Dampfes auf die eine Seite der Membran und der reduzierte Druck auf die andere Seite wirkt, mit der Besonderheit, daß zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Steuerdampf an einer Stelle entnommen wird, die vollkommen reinen Dampf liefert, wobei gleichzeitig weitgehende Unabhängigkeit vom wechselnden Vordruck erreicht wird, und daß das Kondensat des Steuerdampfes durch einen derart geringen Querschnitt abgeführt wird, daß Dampfver-■kiste vermieden werden. Auf die beiliegenden Zeichnungen wird im folgenden Bezug genommen.

In der als Beispiel hier näher erläuterten Anwendung für Dampf besteht das Reduzierventil nach Abb. 1 zunächst aus einem membrangesteuerten Ventil, bei welchem der zu reduzierende Dampf mit dem Raum H, der reduzierte Dampf mit dem Raum N in Verbindung steht und bei welchem normalerweise der von oben auf der mit Metallplatten bewehrten GummimembranM lastende Dampfdruck durch den Druck einer Flüssigkeitssäule von unten im Gleichgewicht gehalten wird. Falls von der einen oder der anderen Seite her ein Überdruck entsteht, wird dieser durch die Spindel Sp auf einen Kolben K übertragen. Die Wirkungsweise des Regelvorganges besteht zunächst darin, daß der Hochdruckdampf, welcher zwischen der Büchse B und dem in ihm leicht beweglichen Kolben K durchtreten kann (wobei er reduziert wird), weiterhin durch das Hilfsventil V und die im Kolben befindlichen Kanäle Kn in den Niederdruckraum geführt wird. Hierdurch stellt sich oberhalb des Kolbens /C im Raum Z ein Druck ein, der nur um ein geringes Maß größer als der reduzierte Druck ist, so daß der Kolben nahezu entlastet ist. Wenn die Dampfentnahme aus N aufhört, steigt der reduzierte Druck, drückt auf Membran M, zieht die Spindel Sp abwärts, diese nimmt den Kolben K mit, wobei sich V

schließt, und drückt K auf seinen Sitz. Der Druck im Raum Z steigt dann bis auf den Hochdruck an und preßt den Kolben noch fester auf seinen Sitz, wodurch vollkommen dichter Abschluß erzielt wird.

Das verhältnismäßig kleine Hilfsreduzierventil R₁ besitzt eine durch die Druckfeder F₁ belastete Metallmembran M₁ mit einer Stellschraube Sch zum Einstellen des reduzierten Druckes und ein Abschlußorgan V₁, das durch die Spindel Sp₁ starr mit dem Deckel P verbunden ist, in dessen Ringnut Rn das obere Ende der Metallmembran eingelötet ist. Das andere Ende der letzteren ist in den Deckel U eingelötet, der starr mit dem Gehäuse R₁ verbunden ist. Solange V₁ offen ist, fließt hier ständig eine geringe Menge Hochdruckdampf, dessen Entnahmestelle zunächst noch beliebig gedacht ist, in den Raum Z₁ und von hier aus durch eine enge (etwa ι mm weite) Öffnung D in den Niederdruckraum N. Die Stellung von V_x wird durch die federbelastete Membran Ji₁ in bekannter Weise so beeinflußt, daß im Raum Z₁ ein konstanter Druck vorhanden ist. Dieser Druck wird zunächst auf die Wassersäule A₁ und von dieser auf die Unterseite der Membran M übertragen. Der Reguliervorgang spielt sich nun in folgender Weise ab: Vergrößert sich die Dampfabnahme aus N, dann wird der reduzierte Druck über der Membran M zunächst etwas sinken. Es steht steht ein Überdruck von unten her, M wird angehoben, und damit vergrößert sich die Öffnung zwischen Sitz und Kolben K so weit, bis der frühere reduzierte Druck wieder hergestellt ist. Bei Verringerung der Dampfabnahme findet zunächst ein Ansteigen des reduzierten Druckes statt, wodurch die Membran nach unten gedruckt und damit der Kolben K in eine solche neue Stellung gebracht wird, die dem geänderten Dampfverbrauch Rechnung trägt. Bei dem Abwärtsgang der Membran M wird Wasser in den Raum Z₁ gedrängt. Dieser Raum ist so groß bemessen, daß bei einem vollen Spiel der Membran M das verdrängte Wasser, das nur allmählich durch die enge Öffnung D₁ in den Niederdruckraum N abfließen kann, keine unzulässig hohe Drucksteigerung in Z₁ verursacht.

Es muß ferner berücksichtigt werden, daß zwischen dem RaUmZ₁ und N, z.B. bei Schließbewegungen, ein vollkommener Druckausgleich vorkommen kann. Dann muß entweder das Eigengewicht von Membrantellern, Spindel und Regulierorgan zusammen imstande sein, eine Schließbewegung herbeizuführen, oder es kann die Höhenlage des Hilfsreduzierventils so gewählt werden, daß die Flüssigkeitshöhe h um ein bestimmtes Maß größer als It₁ ist. Endlich kann auch durch ein auf Spindel Sp angebrachtes zusätzliches Belastungsgewicht Q eine hinreichend große und stets gleichbleibende Schließkraft erzeugt werden. Solange also im Raum Z₁ nicht ein etwas höherer Druck als im Niederdruckraum N vorhanden ist, wird das Reduzierventil immer geschlossen sein. Die Drücke oberhalb und unterhalb der Membran M sind also annähernd einander gleich, und die Lebensdauer der Membran ist infolge der nahezu vollkommenen Entlastung nahezu unbegrenzt.

Im Betrieb könnte ferner noch der Fall eintreten, daß ein Fremdkörper zwischen Sitz und Kolben den Abschluß des letzteren verhindert, woraus sich ein Ansteigen des Drukkes auf der Niederdruckseite bis auf den Hochdruck ergeben würde. Dadurch aber, daß N mit Z₁ durch D in ständig offener Verbindung steht, erfolgt auch in Z₁ und damit auch unterhalb der Membran M eine entsprechende Drucksteigerung. Auch in diesem Ausnahmefall ist somit die Membran M wieder entlastet, kann also nicht gefährdet werden.

Der bei vorübergehender Druckerhöhung auf der Niederdruckseite eintretende Rückfluß des Dampfes von N nach Z₁ durch D ist so gering, daß dieser Dampf durch den Wärmeverlust infolge Abkühlung an der Oberfläche des Hilfsreduzierventils zuverlässig kondensiert wird, so daß sich die Abfuhr nach außen durch ein Sicherheitsventil erübrigt und die Dampfverluste verschwindend gering werden. Da ein normaler Schließvorgang nur wenige Sekunden dauert, ist die während dieser Zeit durch D tretende Dampfmenge so gering, daß deren Kondensat im Räume Z₁ unbedingt Platz findet. Beim nächsten Öffnungsvorgang tritt dieses wieder in den Niederdruckraum N zurück. Wollte man das Rückströmen des Dampfes von NtIaChZ₁ durch die. enge Öffnung ganz verhindern, so könnte man D auch als Rückschlagventil ausbilden. In diesem Falle ist es, da die Drücke in N und Z₁ sich nicht ausgleichen können, nicht mehr erforderlich, besondere Rücksicht auf die Höhenlage des Hilfsreduzierventils no zu nehmen oder ein Zusatzgewicht Q anzubringen, da die Schließbewegung durch die bei einer geringen Drucksteigerung auf der Niederdruckseite eintretende stärkere Belastung der Membran M von oben eingeleitet wird.

Die auf der Unterseite der Membran wirkende Flüssigkeitssäule hat nicht nur den Zweck, die Membran kühl zu halten. Die Bewegung der Flüssigkeit in dem eng gehaltenen Verbindungsrohr T₁ bewirkt auch eine sehr erhebliche und leicht regelbare Dämp-

fung der Membranbewegungen, die die Anbringung von besonderen Bremskolben über· flüssig macht.

Im vorstehenden ist Voraussetzung, daß der dem Ventil V₁ zuströmende Dampf von der Hochdruckseite H entnommen wird. Da der Hochdruckdampf häufig Verunreinigungen mit sich führt, muß er, wenn nicht die Betriebssicherheit darunter leiden soll, bevor ίο er zum Ventil V₁ gelangt, in zuverlässiger Weise filtriert werden. Gegenstand vorliegender Erfindung ist zunächst, nicht direkten Hochdruckdampf als Steuerdampf zu verwenden, sondern letzteren an einer Stelle des Reduzierventils zu entnehmen, an der mit Sicherheit reiner Dampf vorhanden ist. Es ist dies der RaUmZ₁, denn der Dampf, der dorthin gelangt, muß sich durch das geringe Spiel zwischen Kolben K und Führungsbüchse B hindurchzwängen und kann daher auf diesem Wege keine Verunreinigungen mit sich führen. Der Druck im Raum Z, der, wie auf Seite 2 erwähnt, nur wenig höher als der reduzierte Druck ist, reicht aus, um die Strömungswiderstände bei V₁ und D zu überwinden und so zu der aus dem Raum Z über die Kanäle Kn nach N erfolgenden Dampfströmung gewissermaßen einen Nebenschluß zu bilden. Der Druck im Raum Z unterscheidet sich erfahrungsgemäß auch dann nur wenig von dem konstant gehaltenen reduzierten Druck, wenn der Hochdruck in weiten Grenzen sich ändert. Daraus folgt, daß auch der Druck im RaUmZ₁ und damit der reduzierte Druck nahezu unabhängig vom wechselnden Hochdruck bleiben.

Es gibt allerdings Fälle, in denen der Druckunterschied zwischen Z und N so gering wird, daß er nicht mehr ausreicht, um eine genügende Dampfmenge auf dem Wege über V₁ nach Z₁ zu leiten, z. B. wenn Hochdruck und reduzierter Druck an und für sich wenig voneinander verschieden sind. Dann wird man den Steuerdampf nicht mehr aus dem Raum Z, sondern, wie Abb. 2 zeigt, aus dem Ringkanal Rk entnehmen. Die Führungsbüchse B wird dann oben geschlossen und erhält außerdem einige axiale Kanäle L₁ die den Dampf aus dem Ringkanal Rk zunächst in den neugebildeten Raum Z₂ leiten, von wo er auf dem vorher beschriebenen Wege nach V₁ gelangt. Da der Weg zwischen Kolben K und Führungsbüchse B für den Steuerdampf nunmehr kürzer geworden ist, wird der Druck im Räume Z₂ gegenüber Z höher geworden sein. Die Filtration des Dampfes bleibt immer noch gewahrt. Gleichgültig aber, ob man den Steuerdampf aus Z oder durch Z₂ aus Rk entnimmt, immer wird sich — auch bei stark wechselnden Vordrücken — der Druck des Steuerdampfes nur wenig vom reduzierten Druck unterscheiden, also praktisch immer die gleiche Höhe haben; darauf folgt, daß die Stellung des Steuerventils V₁ und damit die Spannung der Belastungsfeder F₁ stet§ praktisch gleichbleiben. Die Regulierung wird somit durch diese Einrichtung in weitgehendstem Maße vom Vordruck unabhängig. Die Lage des Ringkanals Rk wird man mit Rücksicht auf den wechselnden Hochdruck nicht tiefer wählen, als unbedingt notwendig ist.

Gegenüber den bekannten dampfgesteuerten Reduzierventilen mit Kolbenausführung bietet die vorliegende Erfindung zunächst den Vorteil, daß die Genauigkeit beliebig weit gesteigert werden kann, da man in der Größe des Membrandurchmessers nicht beschränkt ist, während bei großen Kolben infolge der Reibung am Umfange die Gefahr des Eckens und Festsetzens besteht. Man sucht gewöhnlich diesem Mangel dadurch zu begegnen, daß man den Kolben nur lose führt. Das reichliche Spiel hat aber zur Folge, daß bei Schließbewegungen, denen ein Ansteigen des reduzierten Druckes vorausgeht, eine erhebliche Dampfmenge neben dem Kolben vorbei auf die andere Seite desselben geht, von wo sie nur durch ein Sicherheitsventil nach außen abgeführt werden kann.

Bekannt sind ferner dampfgesteuerte Reduzierventile mit Membran, bei denen auf die eineSeite ein geringer Dampfdruck und auf die andere eine Federkraft oder ein Gewicht wirkt. Abgesehen davon, daß bei solchen Ausführungen jeder Hubstellung ein anderer reduzierter Druck entspricht, ist es hierbei nicht möglich, Dampfverluste zu vermeiden. Außerdem ist man gezwungen, eine Stopfbüchse zu verwenden, was-leicht zu Störungen Veranlassung gibt und die Verstellkraft vermindert.

Im vorstehenden ist die Anwendung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Reduzierventils lediglich für Dampf beschrieben. Es kann jedoch, und zwar bei Flüssigkeiten und kalten Gasen, in entsprechend vereinfachter Form auch für andere Medien Verwendung finden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Reduzierventil mit einer von beiden Seiten her durch Zwischenschaltung neutraler Flüssigkeitssäulen geschützten Membran, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdampf aus dem Raum (Z) über dem Reglerkolben oder durch den Raum (Z₂) aus einem in der Führungsbüchse angeordneten Ringkanal entnommen wird, wodurch der Druck des Steuerdampfes auch bei wechselndem Vordruck sich so wenig vom reduzierten Druck unterschei-

   det, daß sich eine nahezu unveränderte Stellung des Steuerventils (F₁) sowie eine fast gleichbleibende Spannung der Belastungsfeder (F₁) ergibt.
2. 2. Dampfgesteuertes Reduzierventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Regelvorgängen mit Hilfe von Steuerdampf aus dem Raum (Z) bzw. (Z₂) des Hauptventils der Überschuß an Dampf und Kondensat aus dem Dampf raum (Z₁) des Hilfsventils durch eine Öffnung, deren Querschnitt in der Größeinordnung eines Quadratmillimeters liegt, mit oder ohne kleines Rückschlagventil in den Niederdruckraum abgeführt wird, wodurch gleichzeitig erreicht wird, daß bei Schließbewegungen nur äußerst geringe Dampf mengen in den Raum (Z₁) zurücktreten, für welche die Anbringung eines Sicherheitsventils nicht erforderlich ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen