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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochdifferenzdruck-
Regelventil und insbesondere ein
Kesselspeisewasserregelventu für einen Kessel mit variablem Druckleistungsbetrieb, der
unter einem breiten Bereich von Lastbedingungen arbeitet.
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Allgemein ist ein Hochdifferenzdruck-Regelventil für einen
Betrieb mit variablem Druck, das in einem
Kesselspeisewasserregelventil für einen Kessel mit variablem Druck verwendet
wird, zwischen einer Auslaßseite einer
Hochdruckkesselspeisepumpe und einem Kesseleinlaß zur Regelung einer
Kesselspeisewasserdurchflußmenge entsprechend einer Last an dem Kessel
angeordnet. Beim Anlaufbetrieb des Kessels oder während des
Niederlastbetriebes wird das Hochdifferenzdruck-Regelventil
in einem stark belastenden Zustand eines hohen
Differenzdrucks und einer niedrigen Durchflußmenge für einen im
wesentlichen niedrigen Druck auf der Kesselseite verwendet. Im
Gegensatz dazu ist es während des Hochlastbetriebs
erforderlich, eine hohe Durchflußmenge unter einer Bedingung des
niedrigen Differenzdrucks sicherzustellen, da der Druck auf
der Kesselseite nahe an den Auslaßdruck der Pumpe gestiegen
ist. Wenn beim Niederlastbetrieb ein Fluid durch einen
Mindestdrosselabschnitt läuft, kann ein statischer Druckabfall
unter einen sättigungsdruck des Fluids aufgrund einer
ansteigenden Fließgeschwindigkeit Kavitation verursachen, was zu
einer schweren Beschädigung der Bestandteile des Ventils
führen kann.
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Um eine Beschädigung aufgrund von Kavitation zu vermeiden,
wurde vorgeschlagen, ein Antikavitationsventil der Bauart
mit porösem Käfig vorzusehen, das eine spezielle
Porenkonfiguration hat, wie in der japanischen geprüften
Patentveröffentlichung Nr. 60-39911 erörtert. Ferner wurde
vorgeschlagen, eine variable Öffnung vorzusehen, die als ein
Drosselventil ausgebildet ist, wie in der japanischen geprüften
Patentveröffentlichung Nr. 2-11786 erörtert. Ein weiterer
Vorschlag ist das Vorsehen eines Hochdifferenzdruck-
Regelventils, wie in der japanischen geprüften
Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 2-34533 erörtert.
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Die Durchflußregelung, die das vorstehend unter genannte
Antikavitationsventil verwendet, wird durch Bewegen eines
Ventilschaftes, um stufenweise eine Vielzahl von speziellen
Käfigporen zu öffnen und zu schließen, ausgeführt, um einen
festgelegten Durchflußwiderstand zu schaffen. Die
Beschädigung des Käfigs wird ferner dadurch vermieden, daß die
Position des Auftretens der Kavitation vom Auslaß der Poren des
Käfigs weg verschoben wird. Andererseits sind das die
variable Öffnung enthaltende Drosselventil in und das
Hochdifferenzdruck-Regelventil in Ventile mit hohem Widerstand,
die einen mehrstufigen Druckreduziermechanismus haben, der
kontinuierlich mit der Bewegung des Ventilschaftes verbunden
ist.
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Bei den unter , und vorstehend genannten
Ventilkonstruktionen kann ein einseitiger übermäßiger Schub auf den
Ventilschaft während eines hohen Differenzdruckes zwischen
dem Einlaß- und dem Auslaßdurchflußkanal erzeugt werden, so
daß eine beträchtliche Antriebskraft für
Betätigungseinrichtungen
erforderlich ist, die mit dem Ventilschaft verbunden
sind. Als eine Lösung für dieses Problem verwenden die
tatsächlichen Produkte, die die vorstehend unter , und
genannten Ventilkonstruktionen nutzen,
Ausgleichsbypasslöcher, die in einem Ventilstopfen zur Verringerung des
einseitigen Schubes ausgebildet sind. Bypasslöcher erfordern jedoch
Ausgleichsdichtungen um den Ventilstopfen, um den Austritt
des Fluids von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite zu
vermeiden.
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Die vorstehend erörterten Ventile haben die folgenden
Probleme (1) - (3).
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(1) Da bei dem Antikavitationsventil von die Durchflußmen
genregelung durch Öffnen und Schließen der Käfigporen als
einen feststehenden Durchflußwiderstand erfolgt, werden die
Durchflußeigenschaften relativ zu der Verschiebegröße des
Ventilschafts stufenförmig, was es schwierig macht, eine
kontinuierliche Durchflußmengenregelung mit hoher Präzision zu
erzielen. Da ferner die Kavitation an der stromabwärts
liegenden Seite der Käfigporenausgänge erzeugt wird, kann sie
ohne weiteres Erosion an der Sitzoberfläche des
Ventilstopfens verursachen.
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(2) Da bei den vorstehend unter und genannten Ventilen
mit hohem Widerstand nur ein Durchflußkanal mit hohem
Widerstand vom Ventileinlaß zum Ventilauslaß vorhanden ist, ist es
schwierig, eine ausreichende Durchflußmenge bei einer
Niederdifferenzdruckbedingung während des Hochlastbetriebs des
Kessels zu schaffen. Daher ist es erforderlich, ein zusätzliches
großdimensioniertes Regelventil mit niedrigem Widerstand
parallel zu dem Ventil mit hohem Widerstand vorzusehen. Dies ist
unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nachteilhaft.
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(3) Bei den vorstehend unter , und beschriebenen
Ventilkonstruktionen sind weitere Nachteile mit der
Notwendigkeit verbunden, daß Ausgleichslöcher und Ausgleichsdichtungen
zur Verringerung des auf den Ventilstopfen wirkenden Schubes
vorzusehen sind. (a) Die Ausgleichsdichtung ist aufgrund von
Fremdstoffen, die in dem Fluid enthalten sind, Verschleiß und
Beschädigung ausgesetzt, was zu Undichtigkeiten führt. Das
Austreten des Fluids durch die Ausgleichsdichtung kann
Erosion an den in der Nähe der Ausgleichsdichtung angeordneten
Ventilbestandteilen verursachen. (b) Eine Gleitfläche, auf
welcher die Ausgleichsdichtung angebracht ist, muß gehärtet
werden und erfordert eine spiegelblanke Oberfläche, was
ebenfalls die Herstellungskosten erhöht. (c) Besonders
sorgfältige Arbeit ist für die Demontage und die Montage der
Ausgleichsdichtung erforderlich, was die Wartungskosten erhöht.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Hochdifferenzdruck-Regelventil zu schaffen, das keine
stufenförmige Durchflußcharakteristik sowie Kavitationserosion an
einer Ventilstopfensitzoberfläche verursacht.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Hochdifferenzdruck-Regelventil zu schaffen, das kein
paralleles Regelventil mit niedrigem Widerstand erfordert und das
keine erhöhten Herstellungskosten hat, die mit dem
Vorhandensein einer Ausgleichsdichtung verbunden sind.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Hochdifferenzdruck-Regelventil zu schaffen, das eine stabile
kontinuierliche Durchflußregelung mit hoher Präzision über
eine lange Zeitdauer bietet.
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Wie beansprucht schlägt die Erfindung ein Hochdifferenzdruck-
Regelventil vor, enthaltend ein Gehäuse, das einen
Einlaßkanal und einen Auslaßkanal hat, einen zwischen dem Einlaßkanal
und dem Auslaßkanal in dem Gehäuse vorgesehenen Käfig, der
eine Vielzahl von Öffnungsstufen hat, einen in den Käfig
eingeführten Ventilschaft, der relativ zu dem Gehäuse und dem
Käfig beweglich ist, welcher Ventilschaft eine Vielzahl von
Scheibenabschnitten entsprechend den jeweiligen Öffnungen in
dem Käfig zum Öffnen und Schließen letzterer trägt, wobei
Durchflußregelflächen der jeweiligen Öffnungen gemäß einem
Öffnungs- und Schließbetrieb durch die jeweiligen
Scheibenabschnitte vergrößert oder verkleinert werden, so daß der
Ventilschaft den Druck des Fluids auf der Einlaßkanalseite zu
dem Auslaß sequentiell verringert. Gemäß der Erfindung umfaßt
die Vielzahl von Öffnungsstufen eine Vielzahl von Stufen von
Öffnungen mit hohem Widerstand, die einen Kanal mit hohem
Widerstand bilden, und eine oder mehrere Öffnungen mit
niedrigem Widerstand, die einen Kanal mit niedrigem Widerstand
bilden, wobei die Anzahl der Stufen der Öffnungen mit niedrigem
Widerstand kleiner ist als diejenige der Stufen der Öffnungen
mit hohem Widerstand, welche Öffnungen mit hohem und mit
niedrigem Widerstand in dem Käfig vorgesehen sind; welches
Regelventil ferner einen Verschlußsitz für den Kanal mit
hohem Widerstand, der in dem Käfig an einer stromabwärts von
einer einlaßseitigen Öffnung des Kanals mit hohem Widerstand
vorgesehen ist, der durch einen entsprechenden der
Scheibenabschnitte geöffnet und geschlossen wird, und einen
Verschlußsitz für den Kanal mit niedrigem Widerstand umfaßt, der
in dem Käfig an einer stromabwärts von einer einlaßseitigen
Öffnung des Kanals mit niedrigem Widerstand gelegenen
Position vorgesehen ist, der durch einen entsprechenden der
Scheibenabschnitte geöffnet und geschlossen wird; wobei jeweilige
Scheibenabschnitte bezüglich der Öffnungen des Käfigs so
angeordnet sind, daß ein Fluid auf der Einlaßkanalseite in den
Kanal mit hohem Widerstand unter einem niedrigen
Öffnungsausmaßbereich eines Ventilhubes eingeführt wird und in den Kanal
mit niedrigem Widerstand zusätzlich zu dem Kanal mit hohem
Widerstand unter einem mittleren und einem hohen
Öffnungsausmaßbereich
des Ventilhubes, und die jeweiligen
Scheibenabschnitte so angeordnet sind, daß der Druck des in den Käfig
von dem Einlaßkanal eingeführten Fluids auf wechselseitig
zueinander passende obere und untere Endflächen der
Scheibenabschnitte wirkt, die einander auf der Achse des Ventilschafts
gegenüberliegen.
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In der bevorzugten Konstruktion ist eine Öffnung mit hohem
Widerstand, die den Kanal mit hohem Widerstand bildet,
ebenfalls an dem Scheibenabschnitt ausgebildet, der die Öffnungen
mit hohem Widerstand der Käfige öffnet und schließt.
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Gemäß der Erfindung werden die folgenden Effekte -
erzielt.
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Während das Ventil vollständig geschlossen ist, sind die
Käfigöffnungen durch die entsprechenden Scheibenabschnitte an
dem Ventilschaft geschlossen.
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Während die Ventile geöffnet sind, werden die Öffnungen
des Käf igs kontinuierlich und allmählich durch die
Scheibenabschnitte geöffnet oder geschlossen. Entsprechend wird die
Fluiddurchflußmenge gleichmäßig in perfekt kontinuierlicher
Weise relativ zur Größe der Bewegung des Ventilschaftes
erhöht oder verringert. Dies erlaubt eine kontinuierliche
Durchflußregelung des Fluidstromes mit hoher Prazision.
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Während der Anlaufphase des Kessels oder bei einem Betrieb
mit niedriger Last werden Öffnungen auf der Seite des Kanals
mit hohem Widerstand allmählich geöffnet, sobald sich das
Ventil in dem Bereich des niedrigen Öffnungsausmaßes zu
tffnen beginnt. Dann wird der Druck des Fluids mit hohem
Differenzdruck schrittweise durch die jeweiligen Öffnungen
gesenkt. Die Flußrichtung wird ebenfalls zwischen den
jeweiligen
Öffnungen scharf variiert, so daß das Fluid mit hohem
Differenzdruck einem im wesentlichen variablen Druckverlust
unterzogen ist und anschließend mit einem
Endstufen-Druckverlust durch die Drosselporen des äußeren Käfigs geregelt wird
und durch den Auslaßdurchflußkanal ausgetragen wird. Da der
Fluiddruck in dem Kanal mit hohem Druckwiderstand
schrittweise reduziert wird, tritt keine Kavitation auf, so daß der
Verschlußsitz für hohen Widerstand nicht durch Erosion
beschädigt wird. Ferner wird die Öffnung auf der Seite des
Kanals mit niedrigem Widerstands durch den Scheibenabschnitt
geschlossen, so daß das Fluid mit hohen Differenzdruck nicht
in den Kanal mit niedrigem Widerstand fließt und daher keine
Kavitation auftritt und eine Beschädigung des Verschlußsitzes
mit niedrigem Widerstand nicht auftritt.
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Wenn der Kesselbetriebsmodus in den Betrieb mit höherer
Last verschoben wird, so daß der Kesseldruck erhöht wird,
womit der Ventildifferenzdruck gesenkt wird, beginnt sich die
Öffnung auf der Seite des Kanals mit niedrigem Widerstand zu
öffnen. Anschließend fließt das Fluid mit niedrigem
Differenzdruck teilweise durch den Kanal mit niedrigem Widerstand
sowie durch den Kanal mit hohem Widerstand und fließt im
Auslaßdurchflußkanal zusammen. Zu dieser Zeit wird die durch den
Auslaßdurchflußkanal auszutragende Durchflußmenge eine
Gesamtdurchflußmenge der Durchflußmengen in dem Kanal mit hohem
Widerstand und dem Kanal mit niedrigem Widerstand. Die
Durchflußmenge ist umgekehrt proportional zu dem Weg des
Widerstandskoeffizienten (ξ = 2gh/Q²), und der Großteil des Fluids
fließt durch den Kanal mit niedrigem Widerstand, so daß die
große Menge des Fluids mit niedrigem Differenzdruck, das
keine Kavitation erzeugt, direkt durch die kleine Anzahl von
Öffnungsstufen auf der Seite des Kanals mit niedrigem
Widerstand in den Auslaßdurchflußkanal fließt. Daher kann bei
Hochlastbetrieb eine ausreichende Fluidmenge zugeführt
werden,
ohne daß ein separates Regelventil mit niedrigem
Widerstand erforderlich ist.
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Während des Anlauf- und des Hochlastbetriebs wirkt das
Hochdruckfluid, das in den Kanal mit hohem Widerstand durch
die Einlaßöffnung des Durchflußkanals mit hohem Widerstand
fließt, gleichzeitig auf die Endflächen sowohl der oberen als
auch der unteren Scheibe, die auf der Achse des
Ventilschaftes einander gegenüberliegen, so daß die Schubkraft
gegenseitig aufgehoben wird, so daß keine übermäßige Schubkraft auf
den Ventuschaft ausgeübt wird. Daher kann auch unter einer
extremen Hochdifferenzdruckbedingung der Ventilschaft
gleichmäßig durch eine gewöhnliche Betätigungseinrichtung
angetrieben werden, um seine Positionierung mit hoher Prazision zu
erlauben, ohne daß Ausgleichslöcher und Ausgleichsdichtungen
erforderlich sind.
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Demgemäß wird es mit den Effekten von - möglich, ein
Hochdifferenzdruck-Regelventil zu schaffen, bei dem die Ver
änderung der Durchflußmenge perfekt kontinuierlich gehalten
werden kann, eine Beschädigung des Verschlußsitzes durch
Erosion nicht auftritt, ein separates Regelventil mit niedrigem
Widerstand nicht erforderlich ist, eine Erhöhung der Kosten
und/oder eine Beeinträchtigung der Wartung, die mit
Ausgleichsdichtungen verbunden ist, nicht auftritt, und eine
stabile Durchflußmengenregelung mit hoher Präzision über eine
lange Zeitdauer geschaffen werden kann.
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In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine
Verringerung des Drucks des Hochdifferenzdruckfluids nicht
nur durch die jeweiligen Öffnungen in dem Käfig erreicht
werden, sondern auch durch die Öffnung in dem Scheibenabschnitt.
Dies erlaubt die kompakte Ausbildung des Kanals mit hohem
Widerstand.
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Wie beansprucht schlägt die Erfindung ferner ein
Hochdifferenzdruck-Regelventil vor, das ein Gehäuse, das einen
Einlaßkanal und einen Auslaßkanal hat, einen zwischen dem
Einlaßkanal und dem Auslaßkanal in dem Gehäuse vorgesehen Käfig, der
eine Vielzahl von Öffnungsstufen hat, und einen in den Käfig
eingeführten Ventilschaft enthält, der relativ zu dem Gehäuse
und dem Käfig beweglich ist, welcher Ventilschaft eine
Vielzahl von Scheibenabschnitten entsprechend den jeweiligen
Öffnungen in dem Käfig zum Öffnen und Schließen letzterer
aufweist, wobei Durchflußregelflächen der jeweiligen Öffnungen
gemäß einem Öffnungs- und Schließbetrieb durch jeweilige
Scheibenabschnitte vergrößert oder verkleinert werden, so daß
der Ventilschaft sequentiell den Druck des Fluids an der
Einlaßkanalseite zu dem Auslaß verringert. Gemäß der Erfindung
umfaßt die Vielzahl von Stufen von Öffnungen eine Vielzahl
von Stufen von Öffnungen mit hohem Widerstand, die in dem
Käfig vorgesehen sind und einen Kanal mit hohem Widerstand
bilden, wobei eine Öffnung mit hohem Widerstand ebenfalls in dem
Scheibenabschnitt zum Öffnen und Schließen der Öffnung mit
hohem Widerstand des Käfigs vorgesehen ist, und das
Regelventil umfaßt ferner einen Verschlußsitz für den Kanal mit hohem
Widerstand, der in dem Käfig an einer stromabwärts von einer
einlaßseitigen Öffnung des Kanals mit hohem Widerstand
gelegenen Position vorgesehen ist und durch einen entsprechenden
der Scheibenabschnitte geöffnet und geschlossen wird.
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Das Druck-Regelventil gemäß der Erfindung wird durch
Weglassen der Seite des Kanals mit niedrigem Widerstand
aufgebaut, so daß es nur den Aufbau der Seite mit hohem Widerstand
hat, um die vorstehend genannten Effekte von , , und
zu erzielen.
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Die vorliegende Erfindung wird besser aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen
der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verständlich,
die nicht als Einschränkungen der Erfindung zu sehen sind,
sondern als die Prinzipien der Erfindung erläuternde
Ausführungs formen.
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Die Zeichnungen:
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Figur 1A ist eine Schnittansicht einer bevorzugten
Ausführungsform eines Hochdifferenzdruck-Regelventils in
vollständig geschlossener Position.
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Figur 1B ist eine Schnittansicht einer Einlaßöffnung mit
hohem Widerstand gemäß vorliegender Erfindung.
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Figur 1C ist eine Schnittansicht einer Zwischenöffnung mit
hohem Widerstand gemäß vorliegender Erfindung.
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Figur 1D ist eine Schnittansicht einer Auslaßöffnung mit
hohem Widerstand gemäß vorliegender Erfindung.
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Figur 1E ist eine Schnittansicht einer Durchflußöffnung mit
niedrigem Widerstand gemäß vorliegender Erfindung.
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Figur 1F ist eine Schnittansicht einer Drehsperrklaue und
einer Eingriffsvertiefung gemäß vorliegender Erfindung.
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Figur 2 ist eine Schnittansicht einer bevorzugten
Ausführungsform des Hochdifferenzdruck-Regelventils in geöffneter
Position in einem niedrigen Öffnungsausmaßbereich.
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Figur 3 ist eine Schnittansicht der bevorzugten
Ausführungsform des Hochdifferenzdruck-Regelventils in einer offenen
Position in einem mittleren oder einem hohen
Öffnungsausmaßbereich.
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Figur 4 ist eine Seitenansicht von der Seite eines
Auslaßdurchflußkanals in Figur 1.
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Figur 1A zeigt ein Hochdifferenzdruck-Regelventil 10, das
einen Einlaßdurchflußkanal 12 und einen Auslaßdurchflußkanal 13
hat, die in einem Gehäuse 11 vorgesehen sind. Eine
Ventilkammer 14 ist an einem Kreuzungspunkt des Einlaßdurchflußkanals
12 und des Auslaßdurchflußkanals 13 gebildet. Das Hochdruck-
Regelventil 10 enthält einen Käfig 15, der durch die Mitte
der Ventilkammer 14 verläuft. Der Käfig 15 steht durch ein
Gewinde mit dem Gehäuse 11 in Eingriff. Der Käfig 15 hat
mehrstufige Öffnungen, darunter eine Einlaßöffnung 41 mit
hohem Widerstand, eine Auslaßöffnung 43 mit hohem Widerstand,
eine Öffnung 51 mit niedrigem Widerstand, die weiter unten
erörtert werden. Ferner enthält der Käfig 15 eine obere
Dichtung 16 und eine untere Dichtung 17 an der oberen bzw.
unteren Position der Ventilkammer 14 zwischen dem Gehäuse 11. Ein
Ventildeckel 18 ist mittels eines Stehbolzens 19, der in das
Gehäuse 11 eingeschraubt ist, an dem Gehäuse 11 befestigt.
Eine Dichtung 21 ist ebenfalls zwischen dem Gehäuse 11 und
dem Ventildeckel 18 angeordnet. Ein Ventilschaft 22 ist durch
den Ventildeckel 18 eingeführt, der an dem Gehäuse 11
befestigt ist. Der Ventilschaft 22 ist relativ zu dem Gehäuse 11
und dem Käfig 15 beweglich und trägt eine obere Scheibe 23
und eine untere Scheibe 24, die an diesem mittels
Befestigungsmuttern 25 bzw. 26 befestigt sind. Die Muttern 25 bzw.
26 sind jeweils am Ventilschaft 42 mittels eines Splints
gesichert. Die obere Scheibe 23 hat Scheibenabschnite 23A und
23B, die jeweils der Einlaßöffnung 41 bzw. der Auslaßöffnung
43 mit hohem Widerstand zum Öffnen und Schließen der
jeweiligen Öffnungen 41 und 43 entsprechen. Die untere Scheibe 24
enthält einen Scheibenabschnitt 24A, der der Öffnung 51 mit
niedrigem Widerstand zum Öffnen und Schließen der Öffnung 51
entspricht.
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Zwischenöffnungen 42 mit hohem Widerstand sind an einer
Vielzahl von Umfangspositionen zwischen den Scheibenabschnitten
23A und 23B der oberen Scheibe 23 gebildet und sind so
ausgelegt, daß sie durch den Käfig 15 geöffnet und geschlossen
werden. Ein äußerer Käfig 27 ist um die Auslaßöffnung 43 mit
hohem Widerstand des Käfigs 15 angeordnet. Der obere
Endabschnitt des äußeren Käfigs 27 ist mittels eines Auswerfstifts
an dem Ventildeckel 18 befestigt. Der äußere Käfig 27 hat
ferner eine Drehsperrklaue 28B an seinem unteren Ende. Die
Drehsperrklaue 28B kommt mit einer Eingriffsvertiefung 28A in
Eingriff, die in einem äußeren Zwischenkragenabschnitt des
Käfigs 15 gebildet ist, wie in Figur 1F dargestellt. Der
äußere Käfig 27 weist eine Vielzahl von Drosselporen 29 auf.
Das Gehäuse 11 bildet einen Auslaßabschnitt 31 mit hohem
Widerstand, der mit dem Auslaßdurchflußkanal 13 an der
Auslaßseite der Poren 29 in Verbindung steht. Das Gehäuse 11 bildet
ferner einen Auslaßabschnitt 32 mit niedrigem Widerstand, der
mit dem Auslaßdurchflußkanal 13 an einer Position unterhalb
der Öffnung 51 mit niedrigem Widerstand des Käfigs 15 in
Verbindung steht.
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Eine Stopfbüchsendichtung 33 ist zwischen dem Ventildeckel 18
und dem Ventilschaft 22 angeordnet. Die Stopfbüchsendichtung
33 ist zwischen einer Stopfbüchsenrückhalteeinrichtung 34 und
einem Stopfbüchsenhalter 36 geklemmt, der an der Rückseite
mittels eines Stopfbüchsenflansches 35 gehaltert ist. Ein
Gewindeabschnitt 22A ist am oberen Endabschnitt des
Ventilschafts 22 zur Schraubverbindung mit einer
Betätigungseinrichtung 37 zum Öffnen und Schließen des Ventils ausgebildet.
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Das Hochdifferenzdruck-Regelventil 10 regelt die
Durchflußregelfläche der Öffnungen 41, 43 und 51, die von den jeweiligen
Scheibenabschnitten 23A, 23B und 24A der oberen und der
unteren Scheibe 23 und 24 gebildet sind, durch einen
Öffnungs-
und Schließbetrieb des Ventilschafts 22 zur kontinuierlichen
Verringerung des Druckes des Fluids in dem
Einlaßdurchflußkanal 12 und um das Fluid aus. dem Durchflußkanal 31 mit hohem
Widerstand oder dem Auslaßabschnitt 32 mit niedrigem
Widerstand in den Auslaßdurchflußkanal 13 fließen zu lassen. In
dem Hochdifferenzdruck-Regelventil 10 ist ein Kanal 40 mit
hohem Widerstand zwischen der Ventilkammer 14, die mit dem
Einlaßdurchflußkanal 12 in Verbindung steht, und dem
Durchflußkanal 31 mit hohem Widerstand gebildet. Das
Hochdifferenzdruck-Regelventil 10 bildet eine Einlaßöffnung 41 mit
hohem Widerstand, wie in Figur 1B gezeigt, und eine
Auslaßöffnung 43 mit hohem Widerstand, wie in Figur 1D gezeigt, an
einer Vielzahl von jeweiligen Umfangspositionen der mittleren
oder oberen Position des Käfigs 15. Die Einlaßöffnung 41 mit
hohem Widerstand wird durch den Scheibenabschnitt 23A der
oberen Scheibe 23 wie vorstehend dargelegt geöffnet und
geschlossen und die Auslaßöffnung 43 mit hohem Widerstand ist
so ausgelegt, daß sie durch den Scheibenabschnitt 23B der
oberen Scheibe 23 geöffnet und geschlossen wird. Die
Zwischenöffnungen 42 mit hohem Widerstand, die in Figur 1C
gezeigt sind, sind an einer Vielzahl von Umfangspositionen
zwischen dem Scheibenabschnitt 23A und 23B der oberen Scheibe 23
gebildet. Die Zwischenöffnungen 42 mit hohem Widerstand sind
so ausgelegt, daß sie durch den Käfig 15 geöffnet und
geschlossen werden. Die Einlaßöffnung 41 mit hohem Widerstand
ist der Ventilkammer 14 gegenüber angeordnet und die
Auslaßöffnung 43 mit hohem Widerstand ist dem äußeren Käfig 27
gegenüberliegend angeordnet. Die Plazierung der Zwischenöffnung
42 ist so konstruiert, daß die Öffnungen mit der
Auslaßöffnung 43 in Verbindung stehen, während sie in der offenen
Position gehalten werden. Die obere Scheibe 23 ist mit einem
Führungskanal 44 zum Führen des durch die Einlaßöffnung 41
mit hohem Widerstand fließenden Fluids zur Zwischenöffnung 42
versehen. In dem Hochdifferenzdruck-Regelventil 10 ist
zwischen der Ventilkammer 14, die mit dem Einlaßdurchflußkanal
12 in Verbindung steht, und dem Auslaßabschnitt 32 mit
niedrigem Widerstand ein Weg 50 mit niedrigem Widerstand
gebildet. Das Hochdifferenzdruck-Regelventil 10 bildet ferner eine
Durchflußöffnung 51 mit niedrigem Widerstand, die in Figur 1E
gezeigt ist, an einer Vielzahl von Umfangsabschnitten des
unteren Endabschnittes des Käfigs 15. Die Durchflußöffnung 51
mit niedrigem Widerstand wird durch den Scheibenabschnitt 24A
der unteren Scheibe 24 wie vorstehend erörtert geöffnet und
geschlossen. Die Durchflußöffnung 51 mit niedrigem Widerstand
steht mit der Ventilkammer 14 in Verbindung und ist so
konstruiert, daß sie mit dem Auslaßabschnitt 32 mit niedrigem
Widerstand in Verbindung steht, während der Scheibenabschnitt
24A in der offenen Position gehalten wird.
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In dem Hochdifferenzdruck-Regelventil 10 kann an einer
Position stromabwärts von der Zwischenöffnung 42 des Kanals 40
mit hohem Widerstand ein Verschlußsitz 45 für den Kanal mit
hohem Widerstand, der in dem Käfig 15 vorgesehen ist, durch
den unteren Umfangsabschnitt des Scheibenabschnitts 23B der
entsprechenden oberen Scheibe 23 geöffnet und geschlossen
werden. Ferner kann in dem Hochdifferenzdruck-Regelventil 10
an einer Position stromabwärts von der Öffnung 51 des
Durchflußkanals 50 mit niedrigem Widerstand ein Verschlußsitz 52
des Kanals mit niedrigem Widerstand, der in dem Käfig 15
vorgesehen ist, durch den unteren Umgangsabschnitt des
Scheibenabschnitts 24A der unteren Scheibe 24 geöffnet und
geschlossen werden. Eine druckvermindernde Labyrinthnut 53 ist am
äußeren Umfang des Scheibenabschnitts 24A der unteren Scheibe
24 an einer Position in der Nähe ihres unteren Endes
vorgesehen. Die Labyrinthnut 53 ist so ausgelegt, daß sie das
Austreten von Fluid aus der Öffnung 51 zu dem Auslaßabschnitt 32
mit niedrigem Widerstand verhindert, während die Öffnung 51
durch den Scheibenabschnitt 24A geschlossen ist. In dem
Hochdifferenzdruck-Regelventil 10 sind Scheibenabschnitte 23A,
23B und 24A relativ zu den jeweils zugehörigen Öffnungen 41,
43 und 51 angeordnet und die Öffnung 42 der oberen Scheibe 23
ist relativ zu dem Käfig 15 angeordnet, so daß in dem
niedrigen Öffnungsausmaßbereich, der in Figur 2 gezeigt ist, das
Fluid auf der Seite des Einlaßdurchflußkanals 12 von der
Ventilkammer 14 zu dem Durchflußkanal 40 mit hohem Widerstand
geleitet wird. In dem in Figur 3 gezeigten mittleren oder
hohen Öffnungsausmaßbereich wird das Fluid auf der Seite des
Einlaßdurchflußkanals 12 von der Ventilkammer 14 zu dem
Durchflußkanal 50 mit niedrigem Widerstand sowie zu dem
Durchflußkanal 40 mit hohem Widerstand geleitet. In dem
Hochdifferenzdruck-Regelventil 10 sind die jeweiligen Scheiben 23
und 24 so angeordnet, daß der Druck des Hochdruckfluids, das
in den Käfig 15 von der Seite des Einlaßdurchflußkanals 12
über die Ventilkammer 14 fließt, auf die untere Endfläche der
oberen Scheibe 23 und die obere Endfläche der unteren Scheibe
24, die axial auf der Achse des Ventilschafts 24 zueinander
passend angeordnet sind, gleichzeitig wirkt.
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Der Betriebsablauf der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform wird nachfolgend erörtert.
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Während das Ventil vollständig geschlossen ist, sind die
Öffnungen 41, 43 und 51 des Käfigs 15 durch die
entsprechenden Scheibenabschnitte 23A, 23B und 24 an dem Ventilschaft 22
geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird das durch den
Einlaßdurchflußkanal 12 eingeführte Fluid mit der äußeren
Umfangsfläche der jeweiligen Scheibenabschnitte 23A, 24A in
Berührung gebracht und durch die Scheibenabschnitte 23A und 24A
abgesperrt, die jeweils der Einlaßöffnung 41 des
Durchflußkanals 40 mit hohem Widerstand bzw. der Einlaßdurchflußöffnung
51 des Durchflußkanals 40 mit niedrigem Widerstand
entsprechen.
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Während die Ventile durch Verschieben des Ventilschafts 22
nach oben geöffnet werden, werden die jeweiligen Öffnungen
41, 43 und 51 des Käfigs 15 kontinuierlich und allmählich
durch die Scheibenabschnitte 23A, 23B und 24A geöffnet und
geschlossen. Entsprechend wjrd die Fluiddurchflußmenge
kontinuierlich in Beziehung zu der Größe der Bewegung des
Ventilschafts 22 erhöht oder verringert. Dies erlaubt eine
kontinuierliche Regelung des Fluiddurchflusses mit hoher Präzision.
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Während des Anlaufbetriebs des Kessels oder bei
Niederlastbetrieb werden, sobald das Ventil sich zu öffnen beginnt,
im niedrigen Öffnungsausmaßbereich die Öffnungen 41, 42 und
43 auf der Seite des Kanals 40 mit hohem Widerstand
allmählich durch eine Aufwärtsbewegung des Ventilschafts 22
geöffnet. Dann wird das Hochdifferenzdruckfluid schrittweise durch
die jeweiligen Öffnungen 41, 42 und 43 des Käfigs 15 und der
oberen Scheibe 23 druckvermindert. Die Durchflußrichtung wird
ebenfalls scharf zwischen den jeweiligen Öffnungen 41, 42 und
43 variiert, so daß das Hochdifferenzdruckfluid einem
beträchtlichen variablen Druckverlust unterworfen wird und
anschließend durch die Drosselporen 29 des äußeren Käfigs
hinsichtlich des Druckverlustes der letzten Stufe reguliert
wird, um durch den Auslaßdurchflußkanal 13 ausgetragen zu
werden. Da der Fluiddruck schrittweise in dem Kanal 40 mit
hohem Widerstand reduziert wird, tritt keine Kavitation auf,
so daß der Verschlußsitz mit hohem Widerstand und die
umgebenden Bestandteile keine erosionsbedingten Beschädigungen
erleiden. Ferner wird die Öffnung 51 auf der Seite des Kanals
50 mit niedrigem Widerstand durch den Scheibenabschnitt 24A
geschlossen, so daß das Hochdifferenzdruckfluid nicht in den
Kanal 50 mit niedrigem Widerstand fließt und daher keine
Kavitation auftritt und eine Beschädigung des Verschlußsitzes
mit niedrigem Widerstand und der umgebenden Bestandteile
aufgrund von Erosion nicht auftritt.
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Wenn der Kesselbetriebsmodus in den Hochlastbetrieb
verlagert wird, so daß der Ventildifferenzdruck gesenkt wird,
beginnt sich die Öffnung 51 auf der Seite des Kanals 50 mit
niedrigem Widerstand zu öffnen. Anschließend fließt das
Niederdifferenzdruckfluid teilweise durch den Kanal 50 mit
niedrigem Widerstand sowie durch den Kanal 40 mit hohem
Widerstand, um in dem Auslaßdurchflußkanal 13 zusammenzufließen.
Zu dieser Zeit wird die durch den Auslaßdurchflußkanal 13
ausgetragene Durchflußmenge eine Gesamtdurchflußmenge der
Durchflußmengen in dem Kanal 40 mit hohem Widerstand und dem
Kanal 50 mit niedrigem Widerstand. Die Durchflußmenge ist
umgekehrt proportional zum Weg des Widerstandskoeffizienten (ξ
= 2gh/Q²) und der Großteil des Fluids fließt durch den Kanal
50 mit niedrigem Widerstand, so daß eine große Menge von
Niederdifferenzdruckfluid, das keine Kavitation erzeugt, in den
Auslaßdurchflußkanal 13 durch die einstufige Öffnung 51 auf
der Seite des Kanals 50 mit niedrigem Widerstand fließt.
Daher kann im Hochlastbetrieb eine ausreichende Fluidmenge
zugeführt werden, ohne daß ein separates Regelventil mit
niedrigem Widerstand erforderlich ist.
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Während des Anlauf- und Hochlastbetriebs wirkt das
Hochdruckfluid, das durch die Einlaßöffnung 41 mit hohem
Widerstand auf der Seite des Kanals 40 mit hohem Widerstand in dem
Kanal 40 mit hohem Widerstand fließt, gleichzeitig auf
Endflächen sowohl der oberen als auch der unteren Scheibe 23,
24, die auf der Achse des Ventilschafts 22 einander
gegenüberliegen, so daß die Schubkraft gegenseitig ausgelöscht
wird, so daß keine übermäßige Schubkraft auf den Ventilschaft
22 ausgeübt wird. Daher kann auch unter einer starken
Hochdifferenzdruckbedingung der Ventilschaft 22 gleichmäßig durch
eine gewöhnliche Betätigungseinrichtung 37 angetrieben
werden, um seine Positionierung mit hoher Prazision zu erlauben,
ohne daß Ausgleichslöcher und Ausgleichsdichtungen
erforderlich sind.
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In dem niedrigen Öffnungsausmaßbereich wird das
Hochdifferenzdruckfluid durch die Öffnungen 41 und 43 des Käfigs 15
und auch durch die Öffnung 42 der oberen Scheibe 23
druckreduziert. Daher wird es möglich, den Hochdruckkanal kompakt zu
bilden.
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Bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung ist die
Anzahl der Stufen der Öffnung mit niedrigem Widerstand, die den
Kanal mit niedrigem Widerstand bildet, nicht auf eine
einzelne Stufe festgelegt, wie in der dargestellten
Ausführungsform, und kann jede Anzahl von Stufen sein, die kleiner ist
als diejenige der Öffnungen mit hohem Widerstand. Ferner kann
der Verschlußsitz mit hohem Widerstand, der in dem Käfig
vorgesehen ist, an jeder Position des Kanals mit hohem
Widerstand vorgesehen sein, solange er stromabwärts der
Einlaßöffnung positioniert ist. In ähnlicher Weise kann der in dem
Käfig vorgesehene Verschlußsitz mit niedrigem Widerstand an
jeder Position in dem Kanal mit niedrigem Widerstand angeordnet
sein, solange er stromabwärts der Einlaßöffnung angeordnet
ist. Ferner ist es als alternative Ausführungsform des
Hochdifferenzdruck-Regelventils gemäß vorliegender Erfindung
möglich, auf die mit den Durchflußkanal 50 mit niedrigem
Widerstand in dem Hochdifferenzdruck-Regelventil 10 verbundene
Konstruktion zu verzichten und das Ventil nur mit dem Kanal
40 mit hohem Widerstand zu bilden. In diesem Fall kann, falls
erforderlich, ein Regelventil mit niedrigem Widerstand
parallel vorgesehen werden, um eine erforderliche Durchflußmenge
unter Niederdifferenzdruckbedingungen sicherzustellen, um ein
Doppelventilsystem des Hochdifferenzdruck-Regelventils gemäß
der Erfindung und des Regelventils mit niedrigem Widerstand
zu betreiben. Auch in diesem Fall können die vorstehend
genannten Effekte , , und in dem Hochdifferenzdruck-
Regelventil 10 erzielt werden. Es sei angemerkt, daß dann,
wenn das Hochdifferenzdruck-Regelventil nur mit der Seite des
Kanals 40 mit hohem Widerstand aufgebaut ist, der Kanal 40
mit hohem Widerstand vertikal in einen oberen und einen
unteren Kanal 40A und 40B mit hohem Widerstand geteilt sein kann,
die von in dem Käfig gebildeten oberen und unteren
Einlaßöffnungen verzweigt sein können.
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Obgleich die Erfindung unter Bezug auf eine oder mehrere
beispielhafte Ausführungsformen derselben erläutert und
beschrieben wurde, versteht es sich für den
Durchschnittsfachmann, daß die vorstehend genannte und verschiedene andere
Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen an dieser
vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung zu verlassen. Daher soll die vorliegende Erfindung
nicht als auf die vorstehend dargelegten bestimmten
Ausführungsformen eingeschränkt angesehen werden, sondern als alle
möglichen Ausführungsformen einschließend, die innerhalb
eines Schutzbereiches ausgeführt werden können, der mit seinen
Entsprechungen im Rahmen der in den beigefügten Ansprüchen
dargelegten Merkmale liegt.