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Insbesondere für Wasserstandsregler geeignetes Ventil mit kolbenartigem
Ventilkörper Die Erfindung bezieht :sich auf ein Ventil mit einem in einem Zylinder
zur Steuerung des Durchflußquerschnittes verstellbaren kolbenartigen Ventilkörper.
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Bei den bekannten Ventilen dieser Art ist. der Kolben ohne Spiel,
d. h. dichtend in den Ventilzylinder eingesetzt. Es hat sich nun gezeigt, daß die
bekannten Ventile, vornehmlich bei hohen Wasserdrücken von 4o atü, in der Schließstellung
zum Klemmen und in der Offenstellung zu Schwingungen neigen. Es treten heftige Vibrationen
und Schläge auf, die offenbar darauf zurückzuführen sind, daß der Kolben bei seiner
Querschwingung gegen den Zylinder schlägt unddadurch nicht nur das Ventil selbst,
sondern auch die Rohrleitung in hohem Maße gefährdet.
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Man hat nun versucht, diesen Übelstand durch ein Behelfsmittel zu
beseitigen, das darin besteht, die Kolbenstange gegen ihre Führung mit Hilfe einer
kräftigen Blattfeder zu drücken und so, die Kolbenschwingung durch künstlich erzeugte
Reibung so- stark zu bremsen, daß die Sachwingungen entweder ganz ausbleiben oder
beträchtlich gedämpft .sind. Diese Behelfsmaßnahme ist aber in allen den Fällen,
unzulänglich, in denen wie z. B. bei unmittelbar gesteuerten Wasserstandsreglern
auf Leichtgängigkeit des Ventils Wert gelegt werden muß, weil nur geringe Stehkräfte
zur Verfügung .stehen. Die durch die Federbremse zusätzlich verursachte Reibung
macht bei einem unmittelbar arbeitenden Was:sexstandsregler (bei dem das Ventil
von einem Schwimmer ohne Zwischenschaltung eines Verstärkers gesteuert wird) eine
Erhöhung der Steuerkraft um ;so viel aus, daß der Schwimmer erst dann in der Lage
ist, das Ventil zu verstellten, wenn seine Eintauchtiefe sich :etwa um 1/3 seiner
Höhe geändert hat. Vorher vermag der Schwimmer das Ventil wegen seiner Schwergängigkeit
nicht zu verstellen. ' Es liegt klar auf der Hand, d:aß eine derartige Umempfindlichkeit
des
Reglers zu Pendelungen des Regelvorganges führen mu,ß, die selbstverständlich unerwünscht
und meist untragbar sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Ventile mit
kolbenartigem V entilkörper so zu verbessern, daß sie leichtgängig arbeiten, also
auch mit kleinen Stellkräften zuverlässig gesteuert, d. h. im Rahmen eines unmittelbar
wirkenden Reglers -verwendet werden können. Die Erfindung geht von der Überlegung
aus, daß ein wesentliches Glied in der Kette jener Ursachen entfällt, die beim bekannten
Ventil zu Querschwingungen und Schlägen führen, wenn die für den Kolben einmal notwendige
Führung von dem Kolben selbst zur Kolbenstange verlegt und der Kolben in seinen
Zylinder mit verhältnismäßig großem Spiel eingesetzt wird. Es soll also das Spiel
zwischen Kolben und Zylinder beträchtlich größer als das Spiel zwi-.s.chen Kolbenstange
und Führung sein. Damit isst dann sogleich die Schwergängigkeit des Ventilkolbens
beseitigt, und zwar einmal deshalb, weil die Reibung des im Zylinder geführten Kolbens
enthält, und was noch wesentlicher ist, auch jene Reibung nicht mehr auftritt, die
durch die Querschwingung .des Kolbens verursacht wird.
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Wesentlich ist weiter, däß, wie die Praxis bewiesen hat, die Führung
des Kolbens allein an der Kolbenstange ausreichend ist und die durch das Spiel zwischen
Kolben und Zylinder bedingte Undichtigkeit, insbesondere bei Wasserstandsregelventilen,
vernachlässigt werden kann, bei denen es im allgemeinen auf einen absoluten Abschluß
der Speiseleitung nicht ankommt. Im übrigen ist trotz des verhältnismäßig großen
Spieles der Durchfluß .selbst bei normaler Überdeckung (in der Ventilschließstellung)
nur sehr gering.
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In den Fällen, in denen, aus welchen Gründen auch immer, Wert darauf
gelegt wird, das Ventil gemäß der Erfindung in dieser Hinsicht noch zu verbessern,
empfiehlt es sich, die Überdeckung in der Schließstellung genügend zu vergrößern.
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Handelt es sich z. B. um ein Ventil, dessen Zylinder urirunde, insbesondere
im der Grundform dreieckige Steueröffnungen aufweist, so wäre die Überdeckung der
Steheröffnungen bei geschlossenem Ventil mindestens so groß wie der Ventilhub zu
wählen.
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Darüber hinaus kann der Erfindung gemäß der Ventilabschluß trotz des
großen Spieles auch noch dadurch verbessert werden, daß der Kolben oder der Zylinder
.im Bereich der bei geschlossenem Ventil einander überdeckenden Kolben- und Zylinderflächen
mehrere Ringkanäle erhalten. Der zwischen Kolben und Zylinder hindurchtretende Strom
`wird vermutlich durch Wirbelbildung innerhalb der Ringkanäle stark gedrosselt.
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Diese Maßnahmen gestatten, die Undichtigkeit des Ventils trotz des
großen Spiels so weit zu vermindern., daß am Kolben keinerlei störende Differenzdrücke
auftreten, die auch ihrerseits geeignet wären, das Ventil einseitig zu belasten-
und damit die beabsichtigte Leichtgängigkeit zu vereiteln.
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Damit nun .auch auf die Kolbenstangenfiihrung keine die Reibung erlböhenden
Seitenquerkräfte ausgeübt werden, soll der Erfindung gemäß der Kolben, wie an :sich
bekannt, unterhalb :seiner Steuerkante einen zentrischen kegeligen Ansatz erhalten;
dieser liegt bei geöffnetem Ventil im Flüssigkeitsstrom und sorgt für eine Zentrierung
des gewissermaßen im Zylinder schwebenden. Kolbens, also mit anderen Worten für
eine Selbstzentrierung des Kolbens. Wenngleich es in erster Linie die Querschwingungen
sind, die das bekannte Ventil unbrauchbar machen, so können auch Axialschwingungen,
wie ohne weiteres einzusehen ist, die Leichtgängigkeit des Ventils vermindern. Aus
diesem Grunde soll der Erfindung gemäß für eine geeignete Dämpfung gesorgt werden,
die ohne besonderen Aufwand an Mitteln bei den Ventilen möglich ist, bei denen der
Träger der Kolbenstangenführung als Trennwand zweier Druckkammern ausgebildet ist.
In diesem Falle brauchen nämlich nur die Druckräume durch drosselnde Überströmöffnunb
n, am einfachsten durch die Undichtigkeit zwischen der Kolbenstange und deren Führung,
miteinander verbunden zu werden, um eine Dämpfung zu erhalten, die Axial.schwingungen
vermeidet, andererseits die Leichtgängigkeit des Ventils praktisch nicht beeinträchtigt.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
Bei diesem handelt :es sich um ein Speisewasserventil, in .dessen Gehäuse t ein
Ventil.-zylinder 2 mit dreieckigen Steueröffnungen 3, f, 3" eingesetzt ist. Dieser
Zylinder nimmt mit verhältnismäßig großem Spieleinen Ventilkolben q. auf, dessen
Steuerkante q.' mit den Steueröffnungen 3, 3', 3" derart zusammen arbeitet, daß
nach Maßgabe der Kolbenstel- i lung der Durchflußquerschnitt verändert wird uncä
demgemäß mehr oder weniger Wasser aus einer Vordruckkammer 5 in eine ringförmige
Ablaufkammer 6 eintritt. Durch den Kolben q. führen in axialer Richtung mehrere
Kanäle 8, 8', die in bekannter Weise für Druckausgleich und-damit für Entlastung
des Kolbens sorgen.
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Die Kolbenstange führt von dem Kolben q. nach oben durch eine Buchse
12 zu einem Hebel 16, dessen Schwenkachse in dem Oberteil 1q. des Ventils
gelagert und mit dem
Schwimmer verbunden ist, so daß durch Schwenken
.des Heb@el:s i 6 die Stellung des Kolbens q. und damit der DurchfluAquerschnitt
geändert wird. Der Erfindung gemäß soll die Büchse 12 als Führung für den Kol.-ben
q. in seinem Zylinder-- dienen. Demgemäß ist das Spiel zwischen. der Kolbenstange
ii und der Büchse i2 geringer als das Spiel des Kolbens q. im Zylinder 2. Dier Kolben.
ist in seinem oberen Teil mit Ringnuten i o, i o' versehen, die, wie oben angedeutet,
zur besseren Abdichtung dienen.
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Unterhalb ;seiner Steuerkante 4' trägt der Kolben einen kegelförmigen
Zentrieränsatz g, d:er den ankommenden Flüssigkeitsstrom gleichmäßig auf den Kolbenumfang
verteilt und der Kolben in dem Zylinder 2 zentriert, d. h. also jenes Bestreben
noch unterstützt, das auf Vermeidung von Querschwingungen abzielt.
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Als Träger für die Führungsbüchse 12 dient eine Platte 13, die seine
oberhalb des Kolb.eals q. liegende Druckkammer 7 nach oben und eine zweite Druckkammer
15 nach unten abschließt.
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In die zweite Druckkammer ragt die Kolbenstange i i hinein und verdrängt
also bei einer das Wasser aus der Kammer i 5. Dieses kann nur durch die undichte
Führung 12 entweichen, ;so. daß bei hohen. Verstellgeschwindigkeiten (Axialschwingungen)
eine wirksame Dämpfung auftritt. Das gleiche gilt für eine Kolbenabwärtsbewegung,
denn bei dieser wird das. Wasser aus ,der Kammer 7 in die Kammer 15 abg esaugt,
und es ergibt sich die gleiche Dämpfung. Die Kolbenstange wirkt in der Kammer 15,sozusagen
als Dämpfungskolben. Für eine solche Dämpfung ist nun wesentlich, Luftansammlungen
in der Kammer 15 zu vermeiden, denn j e mehr die Kammer 15 Luft @enthält, .desto
geringer wird die Dämpfung. Dieshalb soll von Zeit zu Zeit, vor .allem bei Inbetriebnahme,
die Kammer 15 entlüftet werden, ohne daß es notwendig wird, die Spei-,sung völlig
zu unterbrechen. Aus. diesem Grunde ist ein Entlüftungsventil 17 vorge. ;sehen,
durch das beim Öffnen etwa die in der Kammer 15 angesammelte Luft ent. weichen kann.