DE825766C - Druckregler - Google Patents

Description

• Druckregler Die Erfindung bezieht sich auf Regler, bei denen das Steuerwerk unter Energieentnahme aus der Regelstrecke einen im wesentlichen gleichbleibenden Gegendruck zur Regelgröße unter die Stellmembran gibt. Erst durch die Auswiegung dieser beiden Drücke an der Stellmembran entstehen aus den Abweichungen vom Sollwert der Regelgröße die Stehkräfte zur Wiederherstellung derselben.
• Diese unmittelbare Kopplung von Impuls und Stehkraft verleiht dem Regler eine hohe Stabilität. Die beiderseitige Druckbeaufschlagung der Stellmembran bei geringer Druckdifferenz erlaubt eine hochelastische und großflächige Ausbildung derselben, wodurch der Regler zu genauer Regelung befähigt wird.
• Die bisher bekanntgewordenen Ausführungen gestatten es nicht, die in der Idee der Konstruktion liegenden Vorteile voll auszunutzen. Vor allem kann die zufolge der Vorteile angebrachte allgemeine Anwendung nicht erreicht werden, wenn nicht eine durchgreifende Vereinfachung der Konstruktion gelingt.
• Das vorwiegende Anwendungsgebiet sind Dampfanlagen. Daher sind Wasservorlagen zum Schutze der Stehmembran gegen übermäßige Erwärmung erforderlich. Ventilkörper und Stellmembran liegen dementsprechend weit auseinander, trotzdem findet sich als Verbindung dieser Teile meist nur die starre Durchsteckverschraubung. Bei einigen Konstruktionen werden außerdem Gelenke verwendet. Das gleiche gilt vom Steuerwerk, das zudem wegen der Wasservorlagen getrennt vom Regler angeordnet ist.
• Um die Auswirkungen von Schwankungen im Vordruck auf die Regelgröße zu vermeiden, verwendet man bisher entweder einen Doppelsitz oder einen in bekannter Weise durch Hilfsventil entlasteten Einsitz, wobei der Ventilkörper in eine besondere Druckkammer hineinragt, die bei geschlossenem Hilfsventil mit dem Vordruck und bei geöffnetem Hilfsventil mit der Regelgröße verbunden ist. Das Hilfsventil ist fest mit der Stange verschraubt und nimmt den Hauptventilkörper nach Zurücklegung seines Hubes mit.
• Es haben sich folgende Nachteile gezeigt: Bei der großen Entfernung zwischen Ventilkörper und Stellmembran ist ein Fluchten der Teile schon herstellungsmäßig ohne besonderen Aufwand nicht zu gewährleisten. Ungleiche Wärmedehnungen besorgen ein Übriges. In diesem Zustand verhindert die starre Durchsteckverschraubung häufig das Abdichten oder sie führt zu Klemmungen, weil weder ein freies Einstellen des Ventilkörpers auf dem Sitz noch ein freies Einstellen der Stellmembran auf Spannungsausgleich möglich ist. Soweit Gelenke bisher zur Vermeidung dieser Nachteile herangezogen wurden, haben sie eher das Gegenteil bewirkt, weil sie innerhalb der Knicklänge der Stange angeordnet wurden und damit besondere Führungen notwendig machten.
• Wie leicht verständlich, erhöht die Anwendung eines Doppelsitzes diese Gefahren. Nicht anders ist es mit der Anwendung einer Entlastung durch Hilfsventil. Es muß nämlich bei geöffnetem Hilfsventil noch immer ein etwas höherer Druck über dem Hauptventilkörper herrschen als darunter, damit kein Flattern eintritt. Eine besonders strenge Bemessung des Führungsspiels zwischen Büchse und Hauptventilkörper ist unumgänglich; doch kann im Dampfbetrieb weder die erforderliche hohe Glätte der Führungsflächen noch dieses selbst maßgetreu aufrechterhalten werden. Die Anfälligkeit für die obenerwähnten Nachteile ist damit doppelt stark.
• Die getrennte Anordnung des Steuerwerks schließlich bedingt ein eigenes Gehäuse mit entsprechendem Fertigungsaufwand.
• Die Erfindung vermeidet diese Nachteile wie folgt: Die Stange greift, kippgelenkig freistehend, in entsprechende Vertiefungen im Ventilkörper und in der Stellmembran ein. Dadurch werden Druckkräfte mit den zugespitzt gearbeiteten Stirnflächen der Stange an günstigen Stellen übertragen: am Ventilkörper nahe dessen oberen Ende und an der Stellmembran in deren mittlerer Ebene. Zur unter ungünstigen Umständen notwendigen Übertragung von Zugkräften wird von einem, sonst nicht in Berührungsschluß stehenden groben und mit reichlich Spiel versehenen Gewinde Gebrauch gemacht. Der Zusammenbau geschieht durch einfaches Schrauben, wobei infolge Steilheit der Steigung und axialem Spiel zwischen den Gängen niemals ein Verklemmen eintreten kann. Das sonst beiVerschraubungengefürchtete Festbrennen der Gewinde kann nicht eintreten. Da keine Räume unterschiedlichen Druckes miteinander verbunden werden, entfällt auch die bei der Durchsteckverschraubung erforderliche Abdichtung. Weiter ist das oben geforderte selbständige und freie Einstellen des Ventilkörpers auf dem Sitz und der Stellmembran auf Spannungsausgleich gewährleistet, während der Kraftschluß dadurch sichergestellt ist, daß über dem Ventilkörper und unter der Stellmembran stets ein höherer Druck herrscht als dazwischen; am Ventilkörper dadurch, daß der Vordruck von oben wirkt und an der Stellmembran dadurch, daß der Gegendruck von unten wirkt und aus Gleichgewichtsgründen immer etwas höher als die Regelgröße ist. Ein Auseinanderfallen der Verbindung durch zufällige Lockerung oder Herausschrauben ist unterbunden, sowohl durch den tiefen Eingriff als auch durch zwangläufige Verdrehungssicherung durch Zusammenbau und Einspannung. Mithin ist der Ventilkörper der einzige Teil, der in einer Führung laufen muß. Die Stange wird nicht geführt. Sie kann daher infolge der günstigen Lage der Druckübertragungspunkte auch bei nicht fluchtender Lage der Teile niemals klemmen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß diese Führung, als einzige verschmutzungsempfindliche Stelle, bequem zugänglich liegt und die Eigenart der Verbindung ein leichtes Ausbauen des Ventilkörpers jederzeit gestattet.
• Beim Steuerwerk ist, in Ausnutzung des von diesem geforderten sehr geringen Hubes, an Stelle eines gleitend geführten Ventilkörpers eine Prallplatte verwendet, die von einer metallischen Flachmembran gebildet wird, die entweder undurchlässig oder durchbrochen ist, je nach Anwendungsfall. Die Prallplatte, mittig gelegen, ist von einer Verstärkung der Flachmembran gebildet. Hierdurch ist eine sichere Ausrichtung der Prallplatte gegeben. Die Anordnung ist verschmutzungsunempfindlich und klemmungsfrei. Damit entfällt aber auch die Notwendigkeit, bei der Durchbildung des Druckstiftes auf die Übertragung von Zugkräften Rücksicht nehmen zu müssen. Sie greift daher als glatter Stift, kippgelenkig frei stehend, in entsprechende Vertiefungen an der Prallplatte und am Gegenlager ein. .
• Die unumgängliche Drosselstelle; die eine ständig offene Verbindung zwischen Gegendruck und Regelgröße herstellt, vornehmlich um der unteren Wasservorlage einen Verdrängungsweg offenzuhalten, kann sich durch Schmutzablagerungen zusetzen. Daher werden solche Drosselstellen gerne mit einer möglichst schwach bemessenen und durch sie hindurchgreifenden Nadel ausgestattet, derart, daß sie unter dem Einfluß der Strömung in der Drosselstelle stets vibriert und dadurch Schmutzablagerungen verhindert. FinDauererfolg ist dabei nicht gewährleistet. Eine wesentliche Verbesserung bietet sich dadurch, daß die Drosselstelle in die Stellmembran verlegt wird, wobei die Nadel von unten her durch sie hindurchgreift. Infolge der auf und ab gehenden Bewegung der Membran kommt zur vibrierenden Wirkung noch eine durchstoßende, so daß eine in jeder Beziehung selbsttätige Reinigung erfolgt.
• Zugleich mit dieser Maßnahme wird das Steuerwerk in die Druckkammer unter der Stellmembran verlegt, so daß ein eigenes Gehäuse nicht mehr erforderlich ist und eine sehr zweckmäßige Zusammenfassung aller Reglerteile erreicht ist. Druckmeßwerk und Kraftschalter bilden jedes einen für sich geschlossenen Bauteil und sind lediglich durch einen gegabelten Hebel miteinander verbunden. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß jedes der beiden Teile für sich allein und leicht ausbau- und auswechselbar ist.
• Bei dieser Anordnung muß freilich die Stehmembran

  aus einem Werkstofft hergestellt sein, der der auf-

  tretenden Temperatur standhält.

  Wo die gegenwärtige Anwendungsgrenze über-

  schritten wird, wird die Drosselstelle außerhalb des

  Gehäuses gelegt und derart angeordnet, daß sie oben

  in die obere Wasservorlage führt. Weiter wird der

  Kraftschalter mit der aus einer undurchlässigen

  Flachmembran gearbeiteten Prallplatte ausgerüstet

  und die von ihm freigegebene Strömung außerhalb der

  Wasservorlagen zur Drosselstelle geführt. Knapp da-

  vor zweigt eine Leitung zur Druckkammer unter der

  Stellmembran ab, in der sich ein Wassersack bildet,

  weil keine Strömung mehr herrscht. Um auch eine

  zu heiße Nachfüllung des Verdrängungsvolumens zu

  verhindern, ist ein Vorlagebehälter zwischengeschaltet,

  der zunächst das noch heiße Wasser oben aufnimmt,

  infolge seiner dünnen Wandung für rasche Abkühlung

  sorgt und es unten weitergibt. Die hochliegende An-

  ordnung der Drosselstelle verhindert ein Abfließen

  der Wasservorlage.

  Sowohl bei der Anordnung der Drosselstelle in der

  Stellmembran als auch, wie geschildert, außerhalb, hat

  die untere Wasservorlage nur einen freien Spiegel,

  und zwar nahe der Drosselstelle, wobei an der Stell-

  menlbran durch eine einmalige, von Hand zu bewir-

  kende Entlüftung die Wasservorlage zum Anliegen

  kommt. Da der freie Spiegel in einer engen Röhre

  liegt, fehlt ein größeres Dampf- oder Gaspolster, das

  etwa Pendelungen der Wasservorlage ermöglichen

  könnte, während jeder aus dem Kraftschalter kom-

  mende Druckimpuls rückführend auf das Druckmeß-

  werk wirkt. Damit wird aber die Stabilität der Rege-

  lung durch dosierte Nachfüllung des Verdrängungs-

  volumens erhöht.

  Abb. i stellt einen Schnitt durch den Regler dar.

  Die Druckseite 1 führt über die Ventilöffnung 2 zum

  Raum 3. Der einsitzige Ventilkörper 4 ist mit dem

  liolbenfortsatz 5 in der Büchse 6 geführt. Der darüber

  befindliche Raum 7 steht über die Bohrung 8 mit der

  Druckseite i in Verbindung, so daß der dort herr-

  schende Vordruck schließend auf den Ventilkörper

  wirkt. Die Verstellung des Ventilkörpers erfolgt durch

  die Stellmembran <. Zwei bei c;" verschraubte Teller

  9b und 9'' bilden die konstante Druckfläche. Die

  Stange io nimmt die auf den Ventilkörper 4 und die

  Stellmembran o wirkenden Druckkräfte mit ihren

  zugespitzt gearbeiteten Stirnftl>ichen 1o11 und fob in

  den Vertiefungen 4" und 9d auf. Der Boden von 4°

  liegt am oberen Ende des Ventilkörpers 4 und der

  Boden von 9d in der mittleren Ebene der Steilmem-

  bran c). Grobe und steil geschnittene Gewinde ila

  und 11b erlauben die L`bertragung von 7ugkr#*ft(n.

  Die :Muttergewinde haben einen größeren 1)urcll-

  niesser als die Bolzengewinde, so claß die Stange 1o

  ungehindert etwas schief stehen kann, z. B. wenn

  die Teile 4 und 9 etwas ausmittig zueinander liegen.

  Die Gewiiuleg;inge haben so viel Spiel, auch axial, daß

  sie mir bei der t"bertragung von Zugkräften Hvirksam

  zum Anliegen kommen.

  In der Druckkammer 12 oberhalb und der Druck-

  kammer 13 unterhalb der Steilmembran d befindet

  sich je eine M'asservorlage. Gegen die Strömung aus

  der \'entilöffiiting 2 ist die obere Druckkammer 12

  durch einen Leitring 14 abgedeckt, so daß die Öffnung 15 reichlich Spiel gegen die Stange io haben kann, die damit keinerlei Gleitführung besitzt.
• Das Druckmeßwerk 16, bestehend aus Faltenbalg 16a, Bügel 16b, Einstellfeder 16°, Federteller 16d und Stellschraube i6e, ist in die Druckkammer 13 unter der Stellmembran 9 eingebaut. Ein Hebel 17 greift mit der Gabel 17" über den Bügel 16b und nimmt in der Vertiefung 17b den kippgelenkig frei stehenden Druckstift 18 auf, der die Verbindung mit dem Kraftschalter i9 herstellt. Dieser bestehi' aus dem Ventilgehäuse iga, der metallischen durchbrochenen Flachmembran igb und dem Käfig i9e. Die Flachmembran igb ist in der Mitte verstärkt zur Prallplatte igd, die auf der Rückseite eine Vertiefung igd aufweist für den kippgelenkig frei stehenden Eingriff des Druckstiftes 18. Der Hebel 17 ist mittels einer festsitzenden Spitzenwelle i7° in einer feststehenden Pfanne 20a und einer einstellbaren Pfanne tob gelagert. Ein Anschlag 21 schützt das Druckmeßwerk 16 gegen unbeabsichtigte Überlängung, während das richtige Zusammenbauen durch Stift 22 sichergestellt ist. Infolge Fehlens einer Schraubverbindung kann sowohl das einen in sich geschlossenen Bauteil bildende Druckmeßwerk 16 ais auch der ebenso beschaffene Kraftschalter i9 jedes für sich allein ausgebaut werden, wobei das erforderliche Ausklinken des Druckmeßwerkes 16 aus der Gabel i7a vermöge der Nachgiebigkeit des Faltenbalges 16a möglich ist. Ein Anschlag igh verhindert ein Herausfallen des Druckstiftes 18.
• Die in der Stehmembran 9 untergebrachte Diosselstelle 23 wird durch die im Gehäuse 13a befestigte Nadel 24 dadurch von Ablagerungen freigehalten, daß sie gegenüber der Membranbewegung ruht.
• Eine Leitung 25 stellt die Verbindung her zwischen der Druckseite i (aus dem Raum 7) und der Druckkammer 13 unter der Stehmembran 9.
• Nach Abb. 2 wird zwecks Anwendung bei höheren Betriebstemperaturen die obere Wasservorlage 12 mit der unteren Vorlage 13 durch eine Ausgleichleitung 26 verbunden, in der oben die in die obere D. uckkammer 12 führende Drosselstelle 23 liegt und an der kurz zuvor die Leitung 28 anschließt, die die vom Kraftschalter i9 bei undurchlässiger Flachmembran 19b freigegebene Strömung führt. Unten gibt Leitung 26 in den Vorlagebehälter 27 oder 27' von oben ein und von unten heraus in die untere Druckkammer 13, so daß, unterstützt durch die dünne, wärmeabführende Wandung des Vorlagebehälters 27 oder 27', immer nur abgekühltes Wasser in die D: uckkammer 13 gelangt, entweder durch die Durchbrechung in der -Membran i9" gemäß Abb. i oder über die Ausgleichsleitung 26, 27, 28 gemäß Abb. 2.
• Die Wirkungsweise ist folgende: Das Druckmittel tritt bei i in das Gehäuse ein, wobei die Ventilöffnung 2 zunächst geschlossen gehalten wird. Aus dem Raum 7 gelangt Druck in den Kraftschalter i9, öffnet diesen und gelangt in die Druckkammer 13 unter der Stehmembran g. Durch Druckeinwirkung auf diese wird das Ventil e gegen die Einwirkung des Vordrucks 7 geöffnet, so daß das Druckmittel in den Raum 3 und die- angeschlossene Leitung übertreten kann, wodurch sich auch in der Druckkammer 12 über der Stellmembran 9 Druck bildet. In der unteren Druckkammer 13 kann der Druck nur so lange ansteigen, bis die Spannung der Einstellfeder 16c überwunden wird. Damit ist auch der Entwicklung des Druckes in der oberen Druckkammer 12 und in der Leitung 3 eine Grenze gesetzt, da bei weiterem Ansteigen der Druck in der unteren Druckkammer 13 überwunden und die Ventilöffnung 2 geschlossen wird. Umgekehrt wird diese geöffnet, sobald der Grenzwert unterschritten wird, der mithin an der Feder 16° einstellbar ist. Insofern bildet der Druck in der unteren Kammer 13 den Gegendruck zu der in der oberen Druckkammer 12 und der Leitung 3 herrschenden Regelgröße. Er wird durch das Steuerwerk, bestehend ausDruckmeßwerk 16 und Kraftschalter 19, auf gleichbleibender Höhe gehalten, indem der durch die Drosselstelle 23 entweichende Druck und die durch die Ventilbewegung verdrängte Wassermenge nachgefüllt werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Mittelbar wirkender Druckregler, dessen Steuerwerk unter Energiecntnahme aus der Regelstrecke einen im wesentlichen gleichbleibenden Gegendruck zur Regelgröße an der Stellmembran herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (4) und die Stellmembran (9) durch eint Stange (1o) derart miteinander verbunden sind, daß diese kippgelenkig in Vertiefungen an jenen Körpern und ohne sonstige Führung eingreift, daß Druckkräfte mit den zugespitzt gearbeiteten Stirnflächen, einerseits oben im Ventilkörper und andererseits in der mittleren Stellmembranebene, aufgenommen, hingegen Zugkräfte von einem, sonst außer Eingriff stehenden groben, steil geschnittenen Gewinde übertragen werden, dessen Muttergcwinde im Durchmesser größer ist als das Bolzengewinde und dessen Gänge axial Spiel haben.
2. 2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmeßwerk (16) und der Kraftschalter (19) in sich geschlossene Bauteile bilden und derart über einen Hebel aufeinander einwirken, daß der Kraftschalter mit seinem Druckstift in eine Vertiefung desselben kippgelenkig frei stehend eingreift und das Druckmeßwerk in eine Gabel desselben, aus dieser unter Ausnutzung der Nachgiebigkeit des Faltenbalges (16a) seitlich ausklinkbar, so daß Kraftschalter und Druckmeßwerk jedes für sich allein ausbaubar und auswechselbar ist.
3. 3. Druckregler nach Ansprüchen 1 und 2 mit Prallplattensteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte (19d) von einer metallischen gewellten Flachmembran gebildet wird, derart, daß diese, in der Mitte verstärkt, vorderseitig die Prallfläche und rückseitig eine möglichst nahe an die Prallfläche herangeführte Vertiefung für den Angriff des Druckstiftes aufweist, wobei je nach Anwendung die Membran entweder durchbrochen oder undurchlässig ist.
4. 4. Druckregler nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich der Ventilkörper (4) in einer axialen Führung läuft und in der Einstellung zu dieser Führung und dem Ventilsitz nicht durch die Stange (io) behindert ist.
5. 5. Druckregler nach Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steizeiw2rk (16 und 19) in die Druckkammer (13) unter der Stellmembran eingebaut ist.
6. 6. Druckregler nach Ansprüchen r bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Druckkammern (12 und 13) über eine gedrosselte Ausgleichleitung (26) miteinander in Verbindung stehen, derart, daß die vom Kraftschalter (i9) bei undurchlässiger Flachmembran (19b) freigegebene Strömung oben kurz vor der in die obere Druckkammer (12) führende Drosselstelle (23) in die Ausgleichleitung einmündet und diese unten zunächst von oben her in einen dünnwandigen Vorlagebehälter (27 oder 27') und aus diesem von unten heraus in die untere Druckkammer (13) führt.
7. 7. Druckregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (23) unmittelbar in die Stehmembran (9) eingebaut ist und sich vermöge der auf und ab gehenden Bewegung derselben an einer durch sie hindurchgreifenden, axial feststehenden Nadel selbsttätig reinigt.