DE69324169T2

DE69324169T2 - Verbessertes automatisches rückführungsventil

Info

Publication number: DE69324169T2
Application number: DE69324169T
Authority: DE
Inventors: Horace J. Langhorne Pa 19047 Maxwell
Original assignee: Keystone International Holdings Corp
Current assignee: Tyco Flow Control Inc
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2013-12-23
Also published as: NO310004B1; CZ186895A3; HU9502157D0; KR960700467A; PL309981A1; CA2153404A1; EP0681716A1; PL172810B1; FI953452A0; DK0681716T3; JP3373519B2; US5333638A; WO1994017463A1; KR100320083B1; AU690536B2; BR9307816A; CA2153404C; NO952880D0; NO952880L; HU218805B

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf automatische Rückführungs- oder Umwälzventile und insbesondere auf Umwälzventile, die darauf abgestellt sind, die Bypass-Rückführungs- oder Umwälzströmung ("bypass recirculation flow") in Zentrifugalpumpen-Systemen zu regulieren.
Solche Rückführungs- oder Umwälzventile werden oft in Zentrifugalpumpen- Anwendungen verwendet, um ein Überhitzen der Pumpe zu verhindern und die hydraulische Stabilität aufrechtzuerhalten. Ein Überhitzen der Pumpe hat seinen Grund in der Übertragung von durch die Pumpe erzeugter Wärmeenergie an die dort hindurchströmende Flüssigkeit. Unter normalen Betriebsbedingungen (stromabwärts normaler Bedarf an gepumpter Flüssigkeit) in einem angemessen ausgestalteten System herrscht eine ausreichende Strömung durch die Pumpe, um die übertragene Wärme zu absorbieren und abzuführen und dadurch ein Überhitzen zu verhindern. In Perioden mit einem geringen Strömungsbedarf absorbiert jedoch die sich langsamer bewegende oder sogar ruhende Flüssigkeit während ihrer Verweilzeit in der Pumpe eine sehr viel größere Wärmemenge, was zu einem wesentlichen Temperaturanstieg der darin enthaltenen Flüssigkeit führt. Steigt die Temperatur der Flüssigkeit innerhalb der Pumpe an, steigt ihr Dampfdruck an, was zur Kaviation führt, wodurch Pumpenrad und Gehäuse Schaden nehmen können.
Bedingungen mit geringer Strömung können auch zu einem Phänomen führen, das klassisch bekannt ist als interne Rezirkulation. Bei Bedingungen mit geringer Strömung können innerhalb der Pumpe hydraulische Anomalien auftreten. Diese Anomalien sind Reaktionen der Flüssigkeit auf die innere Geometrie der Pumpe, die bei geringen Strömungsraten nicht optimal ist, und entstehen im allgemeinen in dem Bereich, wo die Flüssigkeit vom Pumpenrad in der Nähe des Pumpengehäuse-Auslasses abgegeben wird. Dieses Phänomen, bekannt als interne Rezirkulation, führt zur Kaviation, wodurch das Pumpenrad Schaden nehmen kann.
Umwälzventile verhindern ein Überhitzen der Pumpe und erhalten die hydraulische Stabilität aufrecht, indem ein zweiter Weg vorgesehen ist, durch den die Pumpe eine hinreichende Flüssigkeitsströmung in Perioden mit geringem Strömungsbedarf stromabwärts aufrechterhalten kann. Ein gewöhnlich verwendeter Typ eines Umwälzvenils ist ein Flußmodulationsventil ("modulating flow valve") wie es offenbart ist in den US-PS 4,095,611 und 4,941,502. Diese Patente offenbaren Ventile mit einem Einlaß, einem Hauptauslaß, einem Umwälzauslaß, einem Hauptströmungselement und einem Rücklaufelement ("bypass element") mit geschlitzen Öffnungen. Solche Ventile sind stromabwärts von der Pumpe angeordnet. Die Flüssigkeit tritt von der Pumpe durch den Einlaß in das Ventil ein und verläßt das Ventil durch den Hauptauslaß, um den Bedarf stromabwärts zu befriedigen. Der Umwälzauslaß ist mit einem zweiten Flüssigkeitsweg wie etwa einem Niedrigdruckreservoir oder dem Pumpeneinlaß verbunden, wohin die Flüssigkeit in Perioden mit geringem Strömungsbedarf am Hauptauslaß geleitet wird. Das Hauptventilelement tastet die Strömungsrate zwischen dem Ventileinlaß und dem Hauptauslaß ab. In Perioden mit normalem Bedarf stromabwärts führt ein Druckdifferential über das Hauptventilelement dazu, daß das Ventilelement öffnet und eine Strömung zum Hauptauslaß zugelassen wird, während gleichzeitig das Rücklaufventilelement geschlossen und eine Flüssigkeitsströmung zum Umwälzauslaß verhindert wird. Andererseits kehrt das Hauptventilelement in Intervallen mit geringem Bedarf stromabwärts in eine geschlossene (aufgelegte) Position zurück, wodurch das Rücklaufelement geöffnet und eine Strömung durch den Umwälzauslaß zum zweiten Weg ermöglicht wird. Zusätzlich dient das Hauptventilelement, wenn es aufliegt, als Rückschlagventil, das eine umgekehrte Drehung des Pumpenrades verhindert, wenn die Pumpe abgeschaltet wird.
Ein Problem im Zusammenhang mit der Verwendung solcher Umwälzventile besteht darin, daß unausgeglichene Flüssigkeitsdruckkräfte auf das Rücklaufelement wirken und die Bewegung des Rücklaufelementes instabil machen, wenn das Element seine geöffnete oder geschlossene Position erreicht. Das beeinträchtigt die Umwälz- und Regulierleistung des Ventils. Das Rücklaufventilelement umfaßt geschlitzte Öffnungen in den Wänden eines hohlen Schaftes, durch die die Flüssigkeit vom Ventileinlaß zum Umwälzauslaß in Perioden mit geringer Strömung strömt. Die Öffnungen werden geöffnet und geschlossen, indem der hohle Schaft in Bezug auf ein festes Ventilelement abgestimmt wird, das die Öffnungen in der geschlossenen Position blockiert. Man hat herausgefunden, daß die entlang der Wände der Öffnungen auftretenden Flüssigkeitskräfte nicht gleichförmig sind, insbesondere, wenn das Rücklaufelement die Rücklauföffnungs- oder Schließposition erreicht. Dieses führt zu einer resultierenden Kraft, die auf den Schaft wirkt und dessen Bewegung instabil macht und die Leistung, des Umwälzventiles beeinträchtigt.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Umwälzventil bereitzustellen.
Ein anderes Ziel besteht darin, ein Umwälzventil mit einem gleichmäßiger arbeitenden Rücklaufventilelement vorzusehen.
Ein weiteres Ziel besteht darin, ein Rücklaufventilelement für Umwälzventile bereitzustellen, die die auf die Öffnungen wirkenden Flüssigkeitsdruckkräfte ausgleichen, um einen verläßlicheren Betrieb zu gewährleisten.
Weitere Ziele, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung auseinandergesetzt und ergeben sich zum Teil für den mit der Technik Vertrauten bei der Prüfung des folgenden oder können durch praktischen Umgang mit der Erfindung erlernt werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können umgesetzt und erreicht werden anhand von Apparaturen und Kombinationen, wie sie insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht ein verbessertes automatisches Umwälzventil vor, das eine Zentrifugalpumpe vor Beschädigungen durch Überhitzen oder hydraulische Flüssigkeitsinstabilitäten bewahrt. Die Erfindung ist spezifisch in den beigefügten Ansprüchen definiert und umfaßt ein Ventil mit einem Einlaß, einem Hauptauslaß, einem Umwälzauslaß, einem Hauptventilelement, das auf die Strömung zwischen dem Einlaß und dem Hauptauslaß reagiert, und einem Rücklaufelement, das auf das Hauptventilelement reagiert und die Flüssigkeitsströmung zwischen dem Einlaß und dem Umwälzauslaß reguliert. Das Rücklaufelement umfaßt eine erste und eine zweite Öffnung, durch die die Umwälzflüssigkeit strömt. Die zwei Öffnungen sind so angeordnet, daß der auf eine Öffnung wirkende Flüssigkeitsdruck durch den auf die andere wirkenden Flüssigkeitsdruck ausgeglichen wird, was zu einem gleichmäßiger arbeitenden Rücklaufelement führt, das sich gleichförmig mit den Hauptströmungsänderungen bewegt, wodurch ein verbessertes Umwälzventil bereitgestellt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorangegangene Zusammenfassung und die folgende detaillierte Beschreibung können besser verstanden werden, wenn sie in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Zu Illustrationszwecken für die Erfindung ist in den Zeichnungen eine derzeit bevorzugte Ausführungsform gezeigt, wobei jedoch klar ist, daß diese Erfindung nicht auf die genaue Anordnung und die Apparaturen begrenzt ist, die dort gezeigt sind.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Umwälzventils in Übereinstimmung mit der Erfindung und zeigt die geschlossene Position des Ventilelementes und die vollständig geöffnete Position des Rücklaufelementes.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Rücklaufelementes in einer teilweise geöffneten Position.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in Fig. 1 ein Umwälzmodulationssteuerventil ("modulating recirculation control valve") 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt, das einen Hauptkörper 12 und ein am Hauptkörper 12 befestigtes Kopfstück 14 umfaßt. Das Kopfstück 14 kann mit irgendwelchen geeigneten Mitteln, beinhaltend eine Gewinde-, Schraub- oder Bolzenverbindung, am Hauptkörper 12 befestigt werden. Das Umwälzventil 10 hat einen Einlaß 16, der mit der stromabwärtigen Seite der Zentrifugalpumpe zum Aufnehmen der gepumpten Flüssigkeit verbunden ist, einen Hauptauslaß 18, durch den die Flüssigkeit zum Ort des Pumpenbedarfs stromabwärts strömt, und einen Umwälzauslaß 20, durch den die gepumpte Flüssigkeit in Perioden mit geringem Pumpenbedarf stromabwärts zu einem Niedrigdruckreservoir geleitet oder zum Pumpeneinlaß zurückgeführt wird. Für den Einlaß und die zwei Auslässe sind Flanschenverbindungen gezeigt, es kann jedoch jede geeignete Rohrverbindungseinrichtung verwendet werden.
Zwischen dem Einlaß 16 und dem Hauptauslaß 18 erstreckt sich ein Hauptdurchgangsweg 22, der einen unteren Hauptdurchgangsweg 24 und einen oberen Hauptdurchgangsweg 26 umfaßt, die durch das unten zu beschreibende Hauptventilelement 29 voneinander getrennt sind. Der Rücklaufdurchgangsweg 30 erstreckt sich vom unteren Durchgangsweg 24 zum Umwälzauslaß 20 und ist vom unteren Hauptdurchgangsweg 24 durch das unten zu beschreibende Rücklaufventilelement 32 getrennt.
Die Umwälzströmung wird von den internen Ventilelementen reguliert, die das Hauptventilelement 28 umfassen, das sich im Flüssigkeitsdurchgangsweg 22 befindet und sich in Reaktion auf die dort hindurchströmende Flüssigkeit bewegt, sowie das Rücklaufelement 32, das sich zwischen dem unteren Hauptdurchgang 24 und dem Umwälzdurchgang 30 befindet und die Flüssigkeitsströmung in Reaktion auf die Bewegung des Hauptventilelementes 28 steuert.
Das Hauptventilelement 28 umfaßt eine kreisförmige Ventilscheibe 34, eine Oberfläche 36 und eine Abdichtfläche 38 zum Abdichten des Hauptventilelementes 28 gegen einen Ventilsitz 40, wenn sich das Hauptventilelement in der vollständig geschlossenen Position befindet. Der Sitz 40 ist, wie gezeigt, als Teil des Hauptventilkörpers 12 geformt, kann aber auch ein separates, ersetzbares Sitzelement umfassen.
Am Hauptventilelement 28 ist zur Mitbewegung ein Rücklaufventilelement 32 befestigt, das einen zylindrischen Schaft 42 umfaßt. Der Schaft 42 ist innerhalb des unteren Hauptdurchgangswegs 24 entlang der vertikalen Mittelachse 44 des Ventils 10 eingefügt. Der Schaft 42 umfaßt zwei Hohlkammern, eine untere Schaftkammer 46 und eine obere Schaftkammer 48, die durch ein Trennungselement 50 von einander getrennt und an den Enden durch Gewinde- oder geschweißte Stopfen 51a und 51b abgedichtet sind. Die untere Schaftkammer 46 steht durch geschlitzte Öffnungen 52a mit dem unteren Hauptdurchgangsweg 24 in Verbindung und durch die kreisförmige Öffnung 54a mit dem Umwälzdurchgangsweg 30. In gleicher Weise, wenn auch in umgekehrter Reihenfolge, steht die obere Schaftkammer 48 durch die kreisförmige Öffnung 54b mit dem unteren Hauptdurchgangsweg 24 in Verbindung und durch die geschlitzten Öffnungen 52b mit dem Umwälzdurchgangsweg.
Zylindrische Schaftführungshülsen 56a, 56b sind an der einteiligen Körperschaftführung 57 befestigt und tragen und führen das Rücklaufelement 32, indem eine vertikale Bewegung des Rücklaufelementes entlang der vertikalen Achse 44 möglich ist. Die einteilige Körperschaftführung 57 ist als Teil des Körpers 12 gebildet und bildet auch einen ringförmigen Mittelhohlraum 58, der Teil des Umwälzdurchgangsweges 30 ist und in Verbindung damit steht.
Die vertikale Bewegung des Rücklaufelementes 32 wird durch die Bewegung des Hauptventilelementes 28 gesteuert, an dem das Rücklaufelement 32 befestigt ist. Das Hauptventilelement 28 kann sich zwischen seiner vollständig geschlossenen Position, in der die Abdichtfläche 38 auf dem Ventilsitz 40 aufsitzt, und seiner vollständig geöffneten Position bewegen, in der die Oberfläche 36 an die Bodenfläche 60 der Kopfnabe 62 anstößt, die im oberen Hauptdurchgangsweg 26 eingefügt und am Kopfstück 14 befestigt ist. Wie gezeigt, ist die Kopfnabe 62 als Teil des Kopfstückes 14 geformt.
Eine Spiralfeder 64 ist an einem Ende mit der Kopfnabe 62 verbunden und am anderen Ende mit dem Hauptventilelement 28 und steht unter Druck, um das Hauptventil 28 in seine vollständig geschlossene Position zu drücken.
Eigenschaften und Leistungen des Ventils 10 können geändert werden, um bestimmten Anforderungen der jeweiligen Anwendung zu genügen. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann ein ringförmiger Ventileinsatz 65 hinzugefügt werden, um den Abstand zwischen der Ventilscheibe 34 und der inneren Wand des Ventilkörpers 12, wo die Flüssigkeit hindurch strömt, zu ändern. Dadurch wird die Bewegung des Ventilelements 28 relativ zur Strömungsrate der Flüssigkeit hinter das Ventilelement 28 gesteuert. Die Einsätze können für bestimmte Anforderungen geformt sein und können aus irgendeinem geeigneten Material wie Metallblech hergestellt sein. Das Ventil 10 kann auch bemessen werden für einen bestimmten Flüssigkeitsdruck und/oder eine Strömungsrate im Umwälzdurchgangsweg 30, indem dem Umwälzauslaß 20 eine Öffnungsplatte 67 hinzugefügt wird.
Nachdem die bevorzugte Ausführungsform einer Umwälzventilanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, wird nun deren Betrieb erläutert. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist der Einlaß 16 mit dem Auslaß der Pumpe verbunden, der Hauptauslaß 18 ist mit dem Ort des Bedarfs stromabwärts verbunden und der Umwälzauslaß 20 ist mit einem Reservoir niedrigen Drucks oder der Einlaßseite der Pumpe verbunden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Hauptventilelement 28 geschlossen, da kein Bedarf stromabwärts an durch den Einlaß 16 eintretender Flüssigkeit besteht. Da kein Bedarf stromabwärts besteht, gleichen sich die Flüssigkeitsdrücke im oberen Hauptdurchgangsweg 26 und im unteren Hauptdurchgangsweg 24 aus, wodurch die Flüssigkeitsdruckkräfte auf die Ventilscheibe 34 ausgeglichen werden und wodurch die. Feder 64 das Hauptventilelement 28 in seine vollständig geschlossene Position drücken kann. Das Rücklaufelement 32 bewegt sich mit dem Hauptventilelement 28 und wird abwärts in seine vollständig geöffnete Position bewegt.
In seiner vollständig geöffneten Position erlaubt das Rücklaufelement 32 eine Flüssigkeitsströmung vom unteren Hauptdurchgangsweg 24 zum Umwälzdurchgangsweg 30, wodurch in den Einlaß 16 eintretende Flüssigkeit zum Umwälzauslaß 20 geleitet wird. Die Schaftkammern 46 und 48 stellen zwei unabhängige Durchgangswege für die Umwälzströmung dar. Die Flüssigkeit kann vom oberen Hauptdurchgangsweg 24 durch die geschlitzten Öffnungen 52a in die untere Schaftkammer 46 eintreten und sie durch die kreisförmige Öffnung 54a zum Umwälzauslaßdurchgangsweg 30 verlassen. Alternativ kann die Flüssigkeit vom unteren Hauptdurchgangsweg 24 durch die kreisförmige Öffnung 54b in die obere Schaftkammer 58 eintreten und sie durch die geschlitzten Öffnungen 52b zum Umwälzauslaß 30 verlassen. Beide Schaftkammerdurchgangswege sind gleichermaßen für die vom Einlaß 16 eintretende Flüssigkeit zugänglich.
Bei Bedarf an Flüssigkeit stromabwärts vom Hauptauslaß 18 bildet sich ein Druckdifferential zwischen dem unteren Durchgangsweg 24 und dem oberen Durchgangsweg 26, was zu einer resultierenden Flüssigkeitskraft auf die Ventilscheibe 34 führt. Wenn diese Flüssigkeitskraft die Kraft übersteigt, die durch die Feder 64 auf die Ventilscheibe 34 ausgeübt wird, bewegen sich das Ventilelement 28 und das befestigte Rücklaufelement 32 aufwärts entlang der Achse 44 in Richtung der vollständig geöffneten Position des Hauptventilelementes. Unter normalen Bedarfsbedingungen stromabwärts ist die resultierende Kraft groß genug, um das Hauptventilelement 28 in seine vollständig geöffnete Position zu bewegen, wodurch das befestigte Rücklaufelement in seine vollständig geschlossene Position bewegt wird.
Wenn das Rücklaufelement vollständig geschlossen ist (nicht gezeigt), kann man sehen, daß die geschlitzten Öffnungen 52a und 52b angrenzend an die Schaftführungshülsen 56a, 56b ausgerichtet sind, um die geschlitzten Öffnungen 52a und 52b vollständig zu bedecken, wodurch eine Flüssigkeitsströmung dort hindurch verhindert wird.
Zwischen den vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Positionen ist das Rücklaufelement 32 teilweise geöffnet, d. h. die geschlitzten Öffnungen 52a und 52b sind teilweise durch die Schaftführungshülsen 56a, 56b bedeckt, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Umwälzflüssigkeit strömt durch das Rücklaufelement 32, wobei die Strömungsrate von dem Bereich der geschlitzten. Öffnungen abhängt, der nicht von den Schaftführungshülsen 56a, 56b bedeckt wird. Es ist herausgefunden worden, daß Flüssigkeitsdruckkräfte an den Wänden der geschlitzten Öffnungen 52a, 52b anliegen, wenn sich das Rücklaufelement in einer Zwischenposition befindet. Wie unten diskutiert, können diese Kräfte ausgeglichen werden, um eine gleichmäßigere Bewegung von Hauptventil und Rücklaufelementen zu gewährleisten.
Wenn sich das Rücklaufelement in einer geöffneten Position (nicht vollständig geschlossen) befindet, strömt Flüssigkeit mit hohem Druck im unteren Durchgangsweg 24 zum Umwälzdurchgang 30, wo der Flüssigkeitsdruck wesentlich niedriger ist. Der Druckabfall in der Flüssigkeit tritt hauptsächlich auf, während sie durch die maßgebenden Öffnungen strömt, die von den geschlitzten Oberflächen 52a und 52b definiert werden, wenn das Rücklaufelement 32 vollständig geöffnet ist wie in Fig. 1, oder durch den Teil der geschlitzten Öffnungen 52a und 52b, die nicht von den Schaftführungshülsen 56a, 56b bedeckt werden, wenn das Rücklaufelement 32 teilweise geöffnet ist wie in Fig. 2. Zu Illustrationszwecken stellen gepunktete Linien 66a und 66b die Kante der Schaftführungshülsen 56a, 56b dar, die den oberen Abschnitt der maßgebenden Öffnungen definiert, wenn der Rücklauf teilweise geöffnet ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist zu sehen, daß, wenn das Rücklaufelement 32 vollständig geöffnet ist, die maßgebende Öffnung durch die Bodenwand 68a und die obere Wand 70a der geschlitzten Öffnung 52a (siehe Fig. 2 für 68a und 70a) definiert wird. Die Wände werden durch die Schaftwanddicke 72 und die Dicke der geschlitzten Öffnungen 74 definiert. Sowohl der Boden 68a als auch die obere Wand 70a sind der Flüssigkeit mit hohem Druck auf der unteren Durchgangs wegseite 24 ausgesetzt und Flüssigkeit mit niedrigem Druck auf der Schaftkammerseite 46. Die Druckkraft, die auf die Bodenwand 68a wirkt, ist gleich groß wie diejenige auf die obere Wand 70a, wirkt aber in entgegengesetzter Richtung. Diese zwei Kräfte gleichen sich aus und es gibt daher keine resultierende Druckkraft, die von det Öffnung auf das Rücklaufelement 32 wirkt.
Die geschlitzten Öffnungen 52b arbeiten ähnlich, wenn das Rücklaufelement vollständig geöffnet ist. Die Flüssigkeitskräfte auf die obere Wand 70b gleichen die Kräfte auf die Bodenwand 68b aus, deshalb gibt es keine resultierenden Druckkräfte von der Öffnung auf das Rücklaufelement 32.
Ist das Rücklaufelement 32 vollständig geschlossen, ist einzusehen, daß die Öffnungen 52a, 52b vollständig von den Schaftführungshülsen 56a, 56b bedeckt sind. Die Boden- und Oberwände der geschlitzten Öffnungen 52a sind gleichermaßen nur einer Flüssigkeit mit niedrigem Druck ausgesetzt, während die Boden- und Oberwände der geschlitzten Öffnungen 52b gleichermaßen nur einer Flüssigkeit mit hohem Durck ausgesetzt sind. Wie bei der vollständig geöffneten Position gleichen sich die Flüssigkeitsdruckkräfte auf die Wände jeder Öffnung aus und es wirken keine resultierenden Kräfte auf das Rücklaufelement 32.
Wenn der Rücklauf teilweise geöffnet ist, können jedoch auf jede geschlitzte Öffnung resultierende Druckkräfte wirken. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird die maßgebende Öffnung durch die Bodenwand 68a der geschlitzten Öffnung 52a und die Kante 66a der Schaftführungshülse 56a definiert, über die nun der Druckabfall auftritt. Die obere Wand 70a jeder geschlitzten Öffnung 54a ist nun lediglich einer Flüssigkeit mit niedrigem Druck ausgesetzt, die ähnlichen Druck hat wie die Flüssigkeit mit niedrigem Druck im Umwälzdurchgangsweg 30, während die Bodenwand 68a in erster Linie dem hohen Druck im unteren Durchgangsweg 24 ausgesetzt ist. Dieser Unterschied in den ausgeübten Drücken in der Oberwand 70a und der Bodenwand 68a führt zu einer resultierenden Kraft, die auf die inneren Wände jeder der geschlitzten Öffnungen 52a wirkt, wodurch das Rücklaufelement 32 abwärts in Richtung einer vollständig geöffneten Position gedrückt wird. Würde sie nicht ausgeglichen, würde sich die resultierende Kraft mit der gewünschten Bewegung des Rücklaufelementes 32 überlagern.
Eine Einrichtung zum Ausgleichen der resultierenden Druckkraft auf die geschlitzten Oberflächen 52a ist durch den zweiten Satz von geschlitzten Öffnungen 52b gegeben, die eine gleiche, aber eine der auf die Öffnungen 52a entgegengesetzte Kraft entwickeln. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die maßgebende Öffnung durch die Kante 66b der Schaftführungshülse 56b und den Boden 68b der geschlitzten Öffnung 52b definiert, über die der Druckabfall von der Schaftkammer 48 mit hohem Druck zum Umwälzdurchgangsweg 30 mit niedrigem Druck auftritt. Die Oberwand 70b ist nur einer Flüssigkeit mit hohem Druck in der oberen Kammer 48 ausgesetzt, der dem Druck der Flüssigkeit bei hohem Druck im unteren Durchgangsweg 24 gleicht, während die Bodenwand 68b in erster Linie der Flüssigkeit mit niedrigem Druck des Umwälzdurchgangsweges 30 ausgesetzt ist. Der Druckunterschied zwischen den Wänden 70b und 68b führt zu einer resultierenden Kraft, die gleich groß ist wie die auf die Öffnung 52a wirkende, aber in der entgegengesetzten Richtung wirkt, um das Rücklaufelement 32 nach oben in eine vollständig geschlossene Position zu drücken, wodurch die Druckkraft auf 52a ausgeglichen wird. In der gezeigten Ausführungsform ist eine gleiche Anzahl von geschlitzten Oberflächen 52b mit gleicher Größe vorgesehen, um die Öffnungen 52a auszugleichen. Es ist jedoch einzusehen, daß die tatsächliche Anzahl an ausgleichenden Öffnungen nicht gleich zu sein braucht, solange die Summe aller resultierenden Druckkräfte, die auf eine Gruppe von geschlitzten Öffnungen in einer Richtung wirkt, durch die Summe der resultierenden Druckkräfte, die auf die andere Gruppe der geschlitzten Öffnungen wirkt, ausgeglichen wird. Das Ausgleichen solcher Druckkräfte, die auf die geschlitzten Öffnungen wirken, erlaubt eine gleichmäßige Bewegung des so ausgestalteten Rücklaufelementes.
Die vorliegende Ausführungsform gleicht auch alle Flüssigkeitskräfte aus, die auf das Abtrennelement 50 und den Stopfen 51a wirken, die auch die Bewegung des Hauptelementes 28 instabil machen können. Eine resultierende Kraft, die vom hohen Druck des unteren Durchgangsweges 24 herrührt, der auf die äußere Stopfenoberfläche 76 wirkt, und vom niedrigen Flüssigkeitsdruck der Kammer 46, der auf die innere Stopfenoberfläche 78 wirkt, drückt den Stopfen 51a in Richtung der vollständig geöffneten Position. Dieses wird durch eine resultierende Kraft ausgeglichen, die vom hohen Druck der oberen Kammer 48 herrührt, der auf die Abtrennoberfläche 80 wirkt, und vom niedrigen Druck der unteren Kammer, der auf die Abtrennoberfläche 82 wirkt, was das Ventilelement 28 in die vollständig geschlossene Position drückt.
Obwohl hier eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart ist, ist damit nicht beabsichtigt, die Erfindung auf eine solche Offenbarung zu begrenzen, und Änderungen und Modifikationen können im Rahmen der folgenden Ansprüche vorgenommen und ausgestaltet werden.

Claims

1. Automatisches Umwälzventil (10), umfassend:

einen Einlaß (16);

einen Hauptauslaß (18);

einen Umwälzauslaß (20);

ein Hauptventilelement (78), das auf die Strömung zwischen dem Einlaß (16) und dem Hauptauslaß (18) reagiert; und

ein Rücklaufventilelement (32), das auf die Bewegung des Hauptventilelementes reagiert, zum Regulieren der Flüssigkeitsströmung zwischen dem Einlaß (16) und dem Umwälzauslaß (20), wobei das Rücklaufelement (32) eine Auslaßöffnung (52a) umfasst, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Einrichtung zum Ausgleichen der Flüssigkeitsdruckkräfte, die auf die Auslaßöffnung (52a) wirken, eine zweite Auslaßöffnung (52b) ins Rücklaufelement (32) umfaßt.

2. Automatisches Umwälzventil nach Anspruch 1, wobei das Rücklaufventilelement (32) zwei Hohlkammern (46, 48) umfaßt, wobei die erste Auslaßöffnung (52a) eine Flüssigkeitsverbindung mit der ersten Hohlkammer (46) erlaubt, und wobei die zweite Auslaßöffnung (52b) so angeordnet ist, um eine Flüssigkeitsverbindung mit der zweiten Hohlkammer (48) zu erlauben.

3. Automatisches Umwälzventil nach Anspruch 2, weiterhin umfassend einen Einsatz (65) zum Kontrollieren des Raumes, durch den die Flüssigkeit zwischen dem Hauptventilelement (34) und einer Wand des Ventiles, das in der Nähe des Hauptventilelementes (34) angeordnet ist, strömt.

4. Automatisches Umwälzventil nach Anspruch 2, weiterhin umfassend eine Öffnungsplatte (67), durch die die Umwälzflüssigkeit fließt.

5. Rücklaufventilelement zum Steuern der Umwälzströmung in einem automatischen Umwälzventil, umfassend:

einen Schaft;

eine Hohlkammer (46, 48) innerhalb des Schaftes; und

erste und zweite Auslaßöffnungen (52a, 52b), die eine Flüssigkeitsströmung durch die Kammern (46, 48) erlauben, wobei die erste Auslaßöffnung (52a) die Flüssigkeitsdruckkräfte ausgleicht, die auf die zweite Auslaßöffnung (52b) wirken.