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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Sicherheitsventil für einen
Druckbehälter
und spezieller ein solches vorgesteuertes Sicherheitsventil, bei dem
das Steuerventil integraler Teil des Sicherheitsventils ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
meisten Steuerventile sind an dem Hauptsicherheitsventil mit Halterungen
montiert, und der Fluiddruck wird durch ein geeignetes Rohr in das Steuerventil übertragen.
Vorgesteuerte Sicherheitsventile besitzen Rohrverbindungen zwischen
dem Hauptventilgehäuse
und dem Steuerventilgehäuse, die
einer möglichen
Undichtigkeit und hohen Herstellungskosten unterworfen sind.
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In
einigen Beispielen, wie in
US-Patent
Nr. 4 172 466 und
5
842 501 gezeigt, ist das Steuerventil direkt mit dem Hauptventilgehäuse ohne
Verwendung von Halterungen und getrennten Rohrleitungen zwischen
dem Steuerventilgehäuse
und dem Hauptentlastungsventilgehäuse verbunden worden. Jedoch
ist das Steuerventilgehäuse
mit dem Hauptventilgehäuse
längs ebener
oder glatter Flächen
verbunden, wobei längs
solcher Flächen
oder Oberflächen mögliche undichte
Stellen auftreten können.
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In
einigen Fällen,
bei denen ein Hauptventilelement vom Plattentyp mit einem Membranstellantrieb
vorgesehen ist, wurde auf einer Kappe des Hauptventilgehäuses über der
Hauptmembrankammer ein Steuerventil angebracht, wobei das Hauptventilelement
vom Plattentyp direkt mit dem Membranstellantrieb verbunden ist.
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Abriss der Erfindung
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist eine Ventilanordnung zum Ablassen
von Fluiddruck in einem Druckbehälter
vorgesehen, die einen Hauptkörper
mit einem Einlass, eine Hauptventilkammer und einen Auslass umfasst,
wobei in der Hauptventilkammer ein auf Fluid reagierendes Hauptventilelement zur
Hin- und Herbewegung zwischen einer offenen und geschlossenen Stellung
relativ zu dem Einlass angebracht ist, um Fluiddruck von dem Druckbehälter abzulassen;
eine gewölbte
Kammer, die einem äußeren Ende
des auf Fluid reagierenden Ventilelements benachbart ist; und ein
Steuerventilaufbau, der an dem Hauptkörper axial zu dem auf Fluid
ansprechenden Ventilelement ausgerichtet angebracht ist und einen äußeres Ende
der gewölbten
Kammer bildet; dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerventilaufbau
eine Membran und eine Einlassfluid-Messröhre umfasst, die an der Membran
zur Bewegung mit der Membran befestigt ist, wobei die Einlassfluid-Messröhre ein
inneres Ende in Fluidverbindung mit dem Einlass sowie ein äußeres Ende
aufweist, das sich durch die Membran hindurch erstreckt und in Fluidverbindung
mit einer Außenseite
der Membran steht, so dass eine Einlassfluid-Messkammer an der Außenseite der Membran bewirkt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist vorteilhaft auf ein vorgesteuertes Sicherheitsventil
gerichtet, bei dem der Steuerventilaufbau an einer Kappe auf dem Ventilgehäuse für das Hauptentlastungsventil
angebracht und von dieser getragen wird. Die gewölbte Kammer kann in der Nähe der Kappe
vorgesehen sein.
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Das
Hauptventilelement umfasst vorzugsweise einen Kolben mit einer Mittelbohrung,
die einen Endteil der Einlassmessröhre aufnimmt und zur Hin- und
Herbewegung relativ zu der Einlassmessröhre angebracht ist, wobei der
Endteil der Einlassmessröhre
innerhalb der Mittelbohrung verbleibt. Die Einlassmessröhre ist
vorzugsweise an ihrem äußeren Ende
an einer Steuerventilmembran befestigt und Fluid-Eintrittsdruck
wird durch die Einlassmessröhre mit
der oberen Außenseite
der Membran in Verbindung gebracht. Die gewölbte Kammer kann zwischen dem
Kolben und einer Endkappe auf dem Hauptventilgehäuse vorgesehen sein, welches
das Steuerventil trägt.
Die Messröhre
kann ein Steuerventilelement enthalten, das in der gewölbten Kammer
angeordnet ist und sich innerhalb der gewölbten Kammer nach unten bewegt,
nachdem der Fluid-Eintrittsdruck eine vorgegebene hohe Größe erreicht.
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Eine
Stellfeder kann die Messröhre
und das Steuerventilelement in eine nach oben gerichtete Position
drücken,
wobei die Feder innerhalb der Auslasskammer zwischen der gewölbten Kammer
und der Einlassmesskammer angeordnet ist. Somit kann sowohl für die Feder
als auch die Auslasskammer ein einziger Auslasskanal vorgesehen
werden, und es wird keine normale sich nach außen erstreckende Federkappe
benötigt.
Weil das Steuerventilelement in der gewölbten Kammer angeordnet ist
und sich die Stellfeder in der Auslasskammer zwischen der Einlassmesskammer
und der gewölbten
Kammer befindet, wird ein sehr kompakter Steuerventil-Kammeraufbau
mit minimaler Schlitzanordnung zwischen den Kammern bereitgestellt.
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Zwischen
der Messröhre
und dem Hauptkolben-Ventilelement kann eine ringförmige Verengung oder
Spalt vorgesehen werden, um eine eingeschränkte Fluidverbindung zwischen
dem Einlassfluid und der gewölbten
Kammer bei Normalbetrieb zu bewirken. Zwischen dem Kolbenventilelement
und der Messröhre
tritt eine axiale Relativbewegung auf, so dass eine entsprechende
Reinigung der ringförmigen
Verengung erreicht wird.
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Nachdem
auf die Steuerventilmembran ein vorgegebener Fluid-Eintrittsdruck
aufgebracht ist, kann die Membran und daran befestigte Messröhre so angeordnet
werden, dass sie sich nach unten gegen eine Stellfeder in der Auslasskammer
in eine abgehobene offene Stellung des Steuerventilelements bewegt,
das in der gewölbten
Kammer angebracht ist, damit die gewölbte Kammer mit der Auslasskammer
zur Verringerung des Fluiddrucks in der gewölbten Kammer in Verbindung
gebracht wird. Bei einer Verringerung des Fluiddrucks in der gewölbten Kammer,
so, dass die Fluiddruckbelastung unter dem Kolben größer ist
als die Fluiddruckbelastung über
dem Kolben, wird der Kolben aus seinem Ventilsitz in eine offene
Stellung bewegt oder angehoben, damit Fluid aus dem Druckbehälter vom
Auslass des Hauptventilgehäuses
fließen
kann. Folglich wird der Fluiddruck in dem Druckbehälter freigegeben
oder von einer vorgegebenen maximalen Größe verringert. Bei einer Reduzierung
des Fluid-Eintrittsdruckes von dem Druckbehälter unter einen vorgegebenen
Wert führt der
reduzierte Fluid-Eintrittsdruck an die Steuermembrankammer zu einer
Rückführung der
Membran und der Einlassmessröhre
in einer Richtung nach oben oder außen in die aufgesetzte, geschlossene
Stellung des den Fluidstrom von der gewölbten Kammer zu der Auslasskammer
oder Entlüftung
unterbrechenden Steuerventilelements. Der Durchfluss von Fluid unter
Eintrittsdruck in der gewölbten
Kammer durch den relativ kleinen Ringspalt zwischen dem Kolben und
der Messröhre
bewirkt eine Erhöhung des
Fluiddrucks in der gewölbten
Kammer zur Bewegung des Kolbenventilelements in eine geschlossene aufgesetzte
Stellung. Bei einer relativ kleinen Erhöhung des Fluid-Eintrittsdruckes
führt eine
relativ kleine Abnahme des Fluiddruckes in der gewölbten Kammer
zu einer verhältnismäßig kleinen
Bewegung des Hauptkolbenventilelements in eine offene Stellung.
Weil proportionale Erhöhungen
oder Abnahmen im Eintrittsdruck zu proportionalen Abnahmen oder
Zunahmen des auf den Kolben wirkenden Fluiddrucks in der gewölbten Kammer
führen,
wird eine Modulationswirkung des Steuerventils erzeugt.
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Das
Steuerventil nach der vorliegenden Erfindung kann so eingerichtet
werden, dass es bei einer maximalen Differenz von 17,236·103 N/m2 (2,5 psig
[pound per square inch gage]) über
dem Ventil öffnet,
wobei die gewölbte
Kammer in die Umgebung ventiliert wird. Diese Anordnung ist in Gebläseanwendungen
erwünscht,
weil das Steuerventil normalerweise die nach unten führende Rohrleitung
umgeht, um einen geringen Durchflusswiderstand gegenüber einem
Gebläseanlauf
zu bewirken.
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Gegen
die Bewegung des Hauptkolbenventilelements in eine offene Stellung
wird ein geringer Reibungswiderstand erzeugt, weil zwischen dem Kolben
und der Messröhre
keine Dichtung vorhanden ist; wobei zwischen dem Kolben und der
Einlassmessröhre
ein Ringspalt vorgesehen ist. Außerdem ist der Kolben vorzugsweise
aus einem leichten Aluminiumwerkstoff hergestellt, und zwischen
dem Kolben und einer äußeren Buchse
ist eine Topfmanschette vorgesehen, die durch den Fluiddruck in
der gewölbten
Kammer aktiviert wird, um die Reibung beim Anheben oder einer Bewegung
des Kolbens in eine offene Stellung auf ein Minimum zurückzuführen, wenn
der Druck in der gewölbten
Kammer entlastet und im Wesentlichen auf einen Druck von Null reduziert
wird.
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Somit
kann die Erfindung ein vorgesteuertes Sicherheitsventil bereitstellen,
bei dem das Steuerventil mit dem Hauptentlastungsventil eine Einheit bildet.
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Die
Erfindung kann ein solches vorgesteuertes Sicherheitsventil zur
Verfügung
stellen, das ein abgestuftes und fließendes Steuerventil aufweist.
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Die
Erfindung kann ein solches vorgesteuertes Sicherheitsventil bereitstellen,
das ein standfestes und robustes Steuerventil umfasst, welches insbesondere
zur Verwendung bei schwingendem Betrieb mit geringen Drücken wie
Anwendung in Gebläsen
ausgelegt ist.
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Die
Erfindung kann ein sehr kompaktes Steuerventil für ein Sicherheitsventil zur
Verfügung stellen,
bei dem die Auslasskammer zwischen der gewölbten Kammer und der Einlassfluid-Messkammer
angeordnet ist, wobei die Stellfeder in der Auslasskammer eingebaut
ist, um dadurch ein Minimum von Schlitzbildungen zwischen den Kammern
und eine Mindesthöhe
zu bewirken.
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Die
Erfindung kann eine solches Steuerventil bereitstellen, bei dem
eine an der äußeren Membran befestigte
Einlassfluid-Messröhre
eine Fluidverbindung für
Einlassfluid zu der anderen Seite der Membran bewirkt, um das Steuerventilelement
zur Bewegung in eine offene Stellung innerhalb der gewölbten Kammer
nach unten zu drücken.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
und den Zeichnungen ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Darstellung im Längsschnitt
eines vorgesteuerten Sicherheitsventils, das in die vorliegende
Erfindung einbezogen ist und an einem Druckbehälter installiert wird und ein
Steuerventil veranschaulicht, das an einer die gewölbte Kammer des
Hauptventilgehäuses
schließenden
Kappe angebracht ist;
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2 ist
ein vergrößerter Auszug
von 1, der ein Hauptkolben-Ventilelement in einer
geschlossenen Stellung zeigt und eine Einlass-Messröhre aufnimmt,
um den Fluid-Eintrittsdruck
zu einer an der Einlassmessröhre
befestigten Steuermembran zu übertragen;
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3 ist
ein vergrößerter Auszug
von 1, ähnlich 2,
der jedoch das Hauptkolben-Ventilelement in einer offenen Druckablassposition
zeigt, wobei Fluiddruck in der gewölbten Kammer in die Umgebung
abgelassen ist;
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4 ist
ein vergrößerter Auszug
von 3, der die offene Stellung des Steuerventilelements
zur Entlüftung
von Fluiddruck in der gewölbten
Kammer zur Auslasskammer und Entlüftung darstellt;
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5 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung der
an dem äußeren Ende
der Einlassmessröhre
befestigten Steuermembran; und
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6 ist
die vergrößerte Schnittdarstellung einer
Modifizierung, bei der zwischen der Steuermembrankammer und dem
Druckbehälter
eine zusätzliche
Einlassmessleitung vorgesehen ist, um zu gewährleisten, dass jederzeit ein
genauer Einlassmessdruck zu der Steuermembrankammer übertragen
wird.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere 1 bis 5 ist
beim Bezugszeichen 10 teilweise ein Druckbehälter wie
zum Beispiel ein Tank, eine Pipeline oder ein Gebläse dargestellt.
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Der
Druckbehälter 10 weist
einen oberen Flansch 12 auf, und ein Druckregelhauptventil,
das im Allgemeinen beim Bezugszeichen 14 dargestellt ist,
weist einen unteren Flansch 16 auf, der mit dem oberen
Flansch 12 des Druckbehälters 10 verbunden ist.
Das Druckregelventil 14 besitzt ein allgemein beim Bezugszeichen 18 angegebenes
Hauptventilgehäuse
mit einem Einlass 20, einem Auslass 22 und einer
Hauptventilkammer 24. Das Hauptdruckbegrenzungsventil enthält einen
Kolben oder Kolbenventilelement 26, das zur Hin- und Herbewegung
innerhalb einer Buchse 28 in dem Hauptventilgehäuse installiert
ist. Der Kolben 26 weist eine allgemein beim Bezugszeichen 30 angegebene
Mittelbohrung zwischen der inneren oder unteren Stirnfläche 32 und einer äußeren oder
oberen Stirnfläche 34 auf.
Ein dem inneren Ende der Bohrung 30 benachbartes Sieb 36 wirkt
wie ein Filter für
Einlassfluid, und in der Bohrung 30 ist eine Verschlusskugel 37 angebracht. Die
untere Fläche 32 weist
einen Dichtungsring 33 mit rundem Querschnitt auf und sitzt
auf der Aufnahme 38 bei geschlossenem normalen Betriebszustand wie
es in 1 und 2 gezeigt ist. Die Verschlusskugel 37 bewirkt
die Unterbrechung des Fluidstroms zwischen der Mittelbohrung 30 und
der Kolbenfläche 32,
wenn an dem Betätigungselement
eine Betriebsprüfung
durchgeführt
wird. Zwischen dem Kolben 26 und der Buchse 28 ist
eine U-förmige Dichtung 40 eingebaut.
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In
der Buchse 28 ist der Außenfläche 34 benachbart
eine gewölbte
Kammer 42 vorgesehen, und eine Abschlusskappe 44 wird
in das Gehäuse 18 eingeschraubt,
um einen Verschluss für
die gewölbte Kammer 42 zu
bilden. Der auf die Außenfläche 34 wirksame
Fluiddruckbereich A2 ist, wie in 1 gezeigt,
größer als
der Fluiddruckbereich A1, der auf die Innenfläche 32 wirkt, um dadurch
eine Fluiddruckdifferenz zu erzeugen, wobei der Kappendruck in der gewölbten Kammer 42 den
Kolben 26 bei normalen Betriebsbedingungen in einer geschlossenen
Stellung hält.
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Beim
Bezugszeichen 46 ist allgemein ein Steuerventil dargestellt,
das ein Steuerventilgehäuse 48 aufweist,
das beim Bezugszeichen 50 an die Kappe 44 auf
dem Hauptventilgehäuse 18 angeschraubt ist.
Eine äußere Steuerventilkappe 51 ist
an dem Gehäuse 48 befestigt.
Somit erstreckt sich das Steuerventil 46 in axialer Richtung
von dem Hauptkolbenventilelement oder Kolben 26 und ist
auf der Kappe 44 angebracht, so dass das Steuerventil 46 mit
dem Hauptdruckentlastungsventil 14 eine Einheit bildend ausgebildet
ist. Das Steuerventilgehäuse 48 besitzt eine
Mittelbohrung, die allgemein beim Bezugszeichen 52 angegeben
ist, und einen äußeren Bohrungsabschnitt 54 mit
großem
Durchmesser, einen dazwischen liegenden Bohrungsabschnitt 56 eines Zwischendurchmessers,
der eine Austrittskammer bildet, und einen unteren Bohrungsabschnitt 58 mit kleinem
Durchmesser. In manchen Fallen kann es wünschenswert sein, die Kappe 44 als
einen integralen Teil des Gehäuses 48 auszubilden.
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Eine
allgemein beim Bezugszeichen 60 angegebene Einlassfluid-Messröhre weist
einen in der Bohrung 30 des Kolbens 26 aufgenommenen
unteren Endabschnitt 62 auf, der sich durch die Führungsbohrungsabschnitte 54, 56 und 58 erstreckt. Die
Einlassfluid-Messröhre 60 besitzt
eine Mittelbohrung 61, die sich durch ihre gesamte Länge erstreckt. Das äußere Ende
der Messröhre 60 ist
an einer allgemein beim Bezugszeichen 65 angegebenen Membran
durch eine Mutter 66 befestigt, die auf das Ende der Messröhre 60 geschraubt
wird. Eine Stellfeder 67, die in dem Abschnitt 56 der
Führungsbohrung, der
eine Austrittskammer bildet, eingesetzt ist, erstreckt sich um die
Röhre 60 herum,
wobei um die Röhre 60 herum
eine Federeinstellmutter 68 geschraubt wird, um eine vorbestimmte
Belastung auf die Feder 67 zu erzeugen. Die Feder 67 drückt ständig die
Messröhre 60 und
die Steuermembran 65 nach oben. Eine Schraube 77 hält die Mutter 68 in Position
und kann in Zähne
auf dem äußeren Umfang der
Mutter 68 eingreifen, um eine Drehung zu verhindern.
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Wie
besonders in 3 und 4 gezeigt wird,
weist das Steuerventilgehäuse 48 einen
Innensitz 70 auf, der durch den unteren Bohrungsabschnitt 58 gebildet
ist; und ein durch den Haltering 74 an der Röhre 60 befestigter
Dichtungsring 72 mit rundem Querschnitt bildet ein Steuerventilelement
und wird ständig
durch die Feder 67 in die aufgesetzte Stellung auf der
Aufnahme 70 gedrückt.
Die Röhre 60 besitzt
einen Abschnitt 76 mit verringertem Durchmesser, der in
dem Abschnitt 58 mit kleinem Durchmesser der Innenbohrung
des Führungsgehäuses 48 aufgenommen
ist, damit Fluid hinter die Aufnahme 70 strömen kann,
wenn der Dichtungsring 72 mit rundem Querschnitt nicht
aufsitzt. Ein beim Bezugszeichen 78 in 3 und 5 dargestellter
kleiner Ringspalt oder eine Verengung ist zwischen Messröhre 60 und
Kolben 26 vorgesehen, um eine beschränkte Fluidverbindung zwischen
der gewölbten Kammer 42 und
dem Fluid-Eintrittsdruck in der Kolbenbohrung 30 zu erlauben.
Eine axiale Relativbewegung zwischen Messröhre 60 und Kolben 26 ist wirksam,
um eine Reinigung der ringförmigen
Verengung 78 zu bewirken. Beim Abheben oder Öffnen des durch
den Dichtungsring 72 mit rundem Querschnitt und die Messröhre 60 gebildeten
Steuerventilelements wird Fluid aus der gewölbten Kammer 42 durch
die Auslasskammer 56 und den Austritts- oder Entlüftungskanal 80 mit
einem äußeren Filtersieb 82 ausgelassen.
Ein Bohrungsabschnitt 57 mit vergrößertem Durchmesser im Kolben 26 ist
vorgesehen, um den Dichtungsring 72 mit rundem Querschnitt
und den Haltering 74 aufzunehmen.
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Wie
außerdem
in 5 gezeigt ist, greifen Führungskappe 51 und
Führungsgehäuse 48 mit
einer dazwischen befindlichen elastischen Dichtungsmanschette 75 in
die Membran 65 entlang des äußeren Randabschnitts derselben
ein. Eine Einlassfluid-Messkammer 84 wird durch die Kappe 51 an
der Außenseite
der Membran 65 gebildet. Die Mutter 66 greift
in die Membran 65 gegen eine auf der Messröhre 60 angebrachten
Metallplatte 86. Die Membran 65 enthält ein Hauptmembranelement 71 und
einen inneren Gleitring 69 des Membranelements, der zwischen
dem Hauptmembranelement 71 und der Platte 86 angeordnet
ist, wobei sich ein äußerer freier Randabschnitt
des Gleitrings 69 über
die Platte 86 hinaus erstreckt. Das innere Membranelement 69 ist nicht
an dem Hauptmembranelement 71 befestigt und sorgt für eine glatte
Oberfläche
geringer Reibung, über
die sich das Membranelement 71 bei Bewegung der Messröhre 60 verschieben
kann, um dadurch das Membranelement 71 davor zu schützen, dass
es sich auf der Platte 86 abreibt und Verschleiß nach sich
zieht.
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Über dem
Hauptmembranelement 71 ist ein oberes Prüf- oder
zusätzliches
Membranelement 73 angebracht, das sich von der Dichtungsmanschette 75 zu
einer Position zwischen der Breite des Hauptmembranelements 71 erstreckt.
Das zusätzliche Membranelement
ist nicht an dem Hauptmembranelement 71 befestigt. In dem
Fall, dass das Hauptmembranelement 71 bricht oder reißt, wird
das zusätzliche
Membranelement 73 den Defekt überbrücken und abdichten und ermöglichen,
dass das Steuerventil bei seiner vorbestimmten Druckeinstellung öffnet. Die
Elemente 69, 71 und 73 sind vorzugsweise
aus Teflon gebildet.
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An
der Kappe 51 ist ein Endverschluss 88 angebracht,
um die Einlassmesskammer 84 zu schließen. Ein in Fluidverbindung
mit der Einlassfluid-Messkammer 84 befindliches Betriebsprüfventil 90 ist
vorgesehen, um die Öffnung
des Hauptkolbenventilelements 26 bei einem vorgegebenen
Fluiddruck von einer Prüffluidquelle
zu prüfen.
Bei Anwendung eines Fluid-Prüfdrucks
vom Prüfventil 90 sitzt
die Prüfkugel 37 in
der Bohrung 30 auf und der Fluiddruck in der Membrankammer 84 erhöht sich,
um die Membran 65 und die Messröhre 60 nach unten
zu bewegen, damit der Dichtungsring 72 mit rundem Querschnitt
abhebt, um dadurch den Austritt von Fluid aus der gewölbten Kammer 42 zu
erlauben, was zum Öffnen
des Hauptkolbenventilelements 26 führt. So kann der Fluiddruck
geprüft
wenden, bei dem das Druckregelventil öffnet.
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Ein
manuell betätigtes,
normalerweise geschlossenes Abblasventil 95 ist an dem
Hauptventilgehäuse 18 angebracht
und kann in die Umgebung geöffnet
werden, damit der Druck in der gewölbten Kammer 42 des
Hauptventils durch den Schlitz 97 entweichen kann. Dies
wird es ermöglichen,
dass der Hauptventilkolben 26 angehoben wird und der Behälterdruck
verringert wird. Dieses Merkmal ist erwünscht, so dass das Kolbenventilelement 26 manuell
geöffnet
werden kann und Druck ablassen kann, um den Anlaufwiderstand an
einem Gebläse
zu reduzieren. Dieses Merkmal bestätigt außerdem die Betriebsbereitschaft
des Hauptkolben-Ventilelements 26.
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Betrieb
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Mit
Bezug jetzt auf 1 und 2, in denen
sich das Hauptkolben-Ventilelement 26 in aufgesetzter Stellung
auf der Aufnahme 38 befindet, ist eine Stellmutter 68 eingestellt
worden, um eine vorgegebene Belastung auf die Feder 67 aufzubringen, damit
der Dich tungsring 72 mit rundem Querschnitt auf die Messröhre 60 in
einen Dichtungseingriff mit der Aufnahme 70 gedrückt wird,
wenn der Fluid-Eintrittsdruck unterhalb eines vorgegebenen maximalen Drucks
liegt, und um den Dichtungsring 72 mit rundem Querschnitt
bei einem brechenden Fluiddruck des Steuerventils 46 zum Öffnen des
Hauptkolben-Druckregelventilelements 26 bei
einem vorgegebenen Solldruck des Druckregelventils 14 abzuheben.
Wenn der Fluid-Eintrittsdruck im Einlass 20 vom Druckbehälter 10 einen
vorgegebenen Fluiddruck erreicht, der durch die Bohrung 61 der
Messröhre 60 zu der
Steuermembrankammer 84 übertragen
wird, bewegen sich Membran 65 und Messröhre 60 zum Absetzen
des Dichtungsrings 72 mit rundem Querschnitt nach unten,
um den Austritt von Fluid aus der gewölbten Kammer 42 zu
der Auslasskammer 56 und dem Auslasskanal 80 zuzulassen.
Bei einer Reduzierung des Fluiddrucks in der gewölbten Kammer 42 wird
die auf die Fläche
A1 wirksame Druckbelastung unter dem Kolben 26 größer als
die Druckbelastung über
dem Kolben 26, die auf die Fläche A2 wirkt, und der Kolben 26 wird
gehoben oder hebt ab, so dass der Fluid-Eintrittsdruck von dem Druckbehälter 10 und
dem Einlass 20 durch den Auslass 22 des Hauptentlastungsventils 14 strömen wird.
Der Druck, bei dem der Kolben 26 abhebt, umfasst den Solldruck des
Druckregelventils 14.
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Während der
Kolben 26 in 3 und 4 in einer
völlig
offenen Stellung gezeigt ist, ist der Kolben 26 so ausgeführt, um
ihn bei proportionalen Zunahmen des Einlassdrucks, die sich aus
proportionalen Reduzierungen in dem Kappendruck in der gewölbten Kammer 42 ergeben,
in verschiedenen offenen Stellungen zu positionieren, um dadurch
angemessene Zunahmen der auf den Kolben 26 aufgebrachten
Hubkraft zu bewirken, damit eine Modulationswirkung zugelassen wird,
die sich von dem Steuerventil 46 ergibt.
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Es
wäre wünschenswert,
insbesondere in Gebläseanwendungen,
dass es beim Anlauf eines Gebläses
einen geringen Strömungswiderstand
gibt. Dies ist in der Erfindung dadurch erreicht worden, dass ein
Kolben 26 vorgesehen ist, der ohne weiteres abheben wird,
wenn kein Fluiddruck in der Kappe vorhanden ist. Der Kolben 26 ist
aus einem leichten Material, vorzugsweise Aluminium, gebildet. Des Weiteren
ist die U-förmige
Dichtung 40 druckempfindlich. Somit gibt es eine minimale
Reibungsbelastung, die auf die Buchse 28 aufgebracht wird,
wenn der Fluiddruck in der Kappe im Wesentlichen Null ist, und der
Kolben 26 kann frei schweben.
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Bei
einer Reduzierung des Fluid-Eintrittsdrucks in der Steuermembrankammer 84 aus
dem Abfall des Fluiddrucks im Druckbehälter 10 bewegen sich
Membran 65 und Messröhre 60 nach
oben, so dass der Dichtungsring 72 mit rundem Querschnitt erneut
auf die Aufnahme 70 aufgesetzt wird, um dadurch die Fluidverbindung
zwischen der gewölbten Kammer 42 und
der Austrittskammer 56 zu unterbrechen. Der verhältnismäßig kleine
Ringspalt 78 zwischen Röhre 60 und
Kolben 26 ermöglicht
einen eingeschränkten
Durchfluss des Einlassfluides von der Kolbenbohrung 30 zu
der gewölbten
Kammer 42, um den Aufbau von Fluiddruck in der gewölbten Kammer 42 zu
erzeugen, so dass dadurch der Kolben 26 nach unten in eine
aufgesetzte Stellung auf der Aufnahme 38 bewegt wird, wenn
der Fluiddruck in dem Druckbehälter 10 zum
vorgegebenen Betriebsdruck zurückkehrt.
Ein veränderlicher
Fluid-Eintrittsdruck über
dem brechenden Fluiddruck des Steuerventils 46, jedoch
unter einem Fluiddruck, der zur vollen Öffnung des Hauptkolben-Ventilelements 26 führt, wird eine
Abstufungswirkung des Hauptventilelements 26 erzeugen.
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Ein
vorgesteuertes Druckregelventil 14 wird insbesondere in
Gasverteilungspipelines oder bei Drehkolbengebläsen genutzt, weil ein abstufendes Niederdruck-Steuerventil
zwischen 34,47·103 N/m2 und 1034,20·103 N/m2 (5 psig und
150 psig) arbeitet, obwohl ein Druckregelventil 14 bei
Drucken über 1034,20·103 N/m2 (150 psig)
geeignet wäre.
Das Hauptentlastungsventilelement 26 umfasst einen Kolben
und das Steuerventil ist in axialer Richtung des Kolbens auf einer
Kappe für
die gewölbte
Kammer des Hauptventilgehäuses
angebracht, wodurch sich geringe potenzielle Fluidaustrittsflächen und
außerdem
relativ geringe Herstellungskosten ergeben. Die vorliegende Erfindung
stellt ein abstufendes und fließfähiges Steuerventil
bereit, das sehr robust ist und bei schwingendem Betrieb mit kleinen
Drücken, wie
zum Beispiel die Anwendung in Gebläsen, verwendet wird.
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Modifizierung von 6
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Mit
Bezug auf 6 ist eine modifizierte Anordnung
gezeigt, die eine getrennte Fluideinlass-Messleitung für die Einlassfluid-Messkammer 84A mit
Membran bereitstellt. In der Steuerkappe 51A ist eine Bohrung 53A mit
einem Stift 55A vorhanden, der in die Bohrung 53A eingeschraubt
wird, und die einen Rückschlagventilsitz 57A für Dichtungsring mit
rundem Querschnitt aufweist. Das Verschlusskugelelement 59A wird
ständig
durch die Feder 61A in eine aufgesetzte geschlossene Stellung
gegen die konische Fläche 57A gedrückt. Eine
bei der Bezugszahl 63A gezeigte getrennte Fluideinlass-Messleitung
erstreckt sich zu dem Druckbehälter 10,
um eine direkte Verbindung zwischen dem Druckbehälter 10 und der Messkammer 84A mit
Membran zu bewirken. In dem Fall, dass der Fluid-Eintrittsdruck
durch die Messröhre 60 kleiner
als der Fluid-Eintrittsdruck in der Leitung 63A ist, wird
wie in der Ausführung
von 1 bis 5 gezeigt ist, das Rückschlagventil 59A abheben
und die Übertragung
von Einlassfluid in die Steuerkammer 84A mit Membran erlauben.
So wird der Betrieb des Hauptentlastungsventils 14 zum Öffnen bei
dem vorgegebenen Solldruck aufrechterhalten, obwohl beim Eintrittsdruck
des Fluides, das durch das Steuerventil strömt, mögliche Druckverluste auftreten
können.
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Aus
dem oben Erwähnten
wird ersichtlich, dass ein kompaktes membrangesteuertes Steuerventil
für ein
Sicherheitsventil minimaler Höhe
zur Verfügung
gestellt worden ist, wobei die Austrittskammer 56 zwischen
der Fluideinlass-Messkammer 84 und der gewölbten Kammer 42 angeordnet
ist. Die Fluideinlass-Messkammer 84 ist außerhalb
der Membran 65 angeordnet, und an der Membran 65 ist die
Fluidmessröhre 60 befestigt.
Die Stellfeder 67 innerhalb der Austrittskammer 56 drückt ständig die Messröhre 60 nach
außen
zum Aufsetzen des Dichtungsrings 72 mit rundem Querschnitts
gegen die Aufnahme 70 innerhalb der gewölbten Kammer 42. Ein
einzelner Austritt 80 ist für die Austrittkammer 56 wirksam,
der auch wie eine Federkammer wirksam ist.
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Während bevorzugte
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung ausführlich
dargestellt wurden, werden sich dem Fachmann Modifizierungen und Anpassungen
der bevorzugten Ausführungen
erschließen.
Es soll jedoch ausdrücklich
verständlich werden,
dass solche Modifizierungen und Anpassungen in dem Umfang der vorliegenden
Erfindung liegen, wie sie in den folgenden Ansprüchen bekannt gemacht sind.