-
Steuerventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil zum Regeln
eines Flüssigkeitsdurchflusses und bezweckt vor allem eine leichte Einstell-barkeit
des Steuerventils zur Regelung der Durchflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit.
-
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß das Steuerventil
ein mit einer Öffnung versehenes bzw. zusammenwirkendes druckaibhängiges Verstellglie-d,
insbesondere eine elastische Membran, sowie ein mit Regelmitteln zusammenwirkendes
Steuerventilglied umfaßt, zu welchem die Flüssigkeit, z. B. nach Durchtritt durch
die genannte öffnung, gelangt und welches in Abhängigkeit von den infolge des Flüssigkeitsdurchflusses
durch die genannte Öffnung beiderseits des druckabhängigen Gliedes auftretenden
Druckunterschieden betätigt wird. Zweckmäßig umfaßt das Regelmittel zur Regelung
der Geschwindigkeit des Flüssigtkeitsdurchflusses einen mit Bezug auf das Steuerventil
axial verstellbar ausgebildeten Ventilsitz, welcher nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung mit einem von Hand zu betätigenden Glied verbunden ist.
-
Das Steuerventilglied umfaßt vorzugsweise ein Paar miteinander verbundener
konischer Ventile; welche so ausgebildet sind, daß sie sich entgegen einer Federkraft
bewegen; um ein Paar in, einem Steuerventilsitz vorgesehener Einlaßöffnungen zu
öffnen oder zu schließen, wobei zweckmäßig der z. B. als Hohlkörper ausgebildete
Steuerventilsitz außerdem mit einer oder mehreren zu einem Auslaßkanal führenden
Auslaßöffn.ungen versehen ist.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind. ferner die Regelmittel
zur Einstellung der
Geschwindigkeit des Flüssigkeitsdurchflusses
mit einer Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der jeweiligen Einstellung !kombiniert.
Die Anzeigevorrichtung besteht beispielsweise aus einer mit Gradeinteilung versehenen
Skala und einem Zeiger, welcher sich an dieser entlang zusammen mit den Regelmitteln
zur Einstellung der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsdurchflusses, also z. B. zusammen
mit dem verstellbaren Ventilsitz, bewegt. Dadurch, daß jede Stellung des Ventilsitzes
einem spezifischen Differentialdruck an der Meßöffnung entspricht, ist es in einfachster
Weise möglich, hierdurch den an der Meßöffnung herrschenden spezifischen Differentialdruck
anzuzeigen.
-
Wenn auch .das flüssigkeitsbetätigte Ventil in erster Linie für die
Steuerung des Flüssigkeitsdruckes stromaufwärts, d..h. vor dem Steuerventil, bestimmt
ist, so känn doch gegebenenfalls auch eine umgekehrte Anordnung getroffen werden,
indem es zur Steuerung des Flüssigkeitsdruckes stromabwärts, d. h. hinter dem Steuerventil,
zur Verwendung gelangen kann.
-
Die Erfindung sei an Hand des in der Zeichnung dargestellten bevorzugten
Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. i einen vertikalen
Schnittaufriß und Fig. 2 einen Teilschnittaufriß entlang ,der Linie 2-2 in Fig.
i.
-
In .der Zeichnung ist ein Metallgehäuse gezeigt, in welchem ein Meßöffnungsaggregat
io und eine Steuerventilanordnung i i eingebaut ist. Das Metallgehäuse umfaßt ein
zylindrisches, mit Flanschen versehenes Ventilgehäuse 12, welches an einem Auslaßkanalglied
13 befestigt ist, und eine gewölbte Deckplatte 14, welche eine in ihr gebildete
-zentral angeordnete Einlaßöffnung 15 besitzt. Eine elastische Membran 16 ist an
ihrem Umfang mittels der Klemmbolzen 17 zwischen dem Gehäuse 12 und der Deckplatte
14 eingeklemmt. Das Meßöffnungsaggregat io ist im zusammengeflanschten Teil des
Metallgehäuses eingeschlossen. und flüssigkeitsdicht am Innenrande der Membran 16
befestigt. Das Aggregat io umfaßt ein mit Öffnungen versehenes, .topfförmiges Glied
18, welches mit einem einen Ringsitz für die Membran 16 bildenden Außenflansch i9,
versehen ist. Ein mit einem ,fußen- und einem Innengewinde versehener Bund 20 erstreckt
sich aufwärts vorn Flansch i9 und ist außen mit einem Klemmring versehen, der so
ausgebildet ist, däß er auf einen zwischen die 16 und den Klemmring 21 eingelegten
Dichtungsring 22 niedergeschraubt werden kann, wodurch die Befestigung des Gliedes
18 an der Membran 16 bewirkt wird. Der Flansch i9 setzt sich im Innern des Topfgliedes
18 fort, um einen Ringsitz iga für die mit einer Durohbrechung versehene Scheibe
23 zu bilden, welche mittels eines im Bund 2o eingeschraubten Klemmringes 24 in
ihrer Lage befestigt ist. Der untere Teil des topfförmigen Gliedes 18 kann von halbkugelförmiger
Gestalt sein und ist mit Öffnungen 25 versehen, welche den durch das Glied 18 begrenzten
Hohlraum i8a mit dem durch das Steuerventilgehäuse 12 begrenzten Ringraum 12a verbinden.
Ein durch das Steuerventil betätigter Zapfen 26 erstreckt sich vom Gliede 18 abwärts
und ruht auf einer Federaufläge oder -platte 27 auf, welche einen Teil der Steuerventilanordnung
i i bildet.
-
Es sind ferner Mittel vorgesehen, welche der Axialbewegung der Membran
16 entgegenwirken und mit dem Meßöffnungsaggregat io verbunden sind, wenn es unter
Flüssigkeitsdruck steht; sie umfassen eine zwischen dem Flansch i9 und einer einen
Teil des Auslaßgliedes 13 bildenden Zwischenwarnd 29 zusammengedrückte Schraubenfeder
28. Gegebenenfalls können mehr als eine einzige Schraubenfeder verwendet werden,
in welchem Fall die Federn zweckmäßig konzentrisch zueinander angeordnet werden,
um eine durch das Aufprallen der Flüssigkeit auf die Membran 16 gegebenenfalls hervorgerufene
Pulsation oder Vibration auf ein Minimum zu verringern.
-
Die Steuerventilanordnung i i umfaßt ein axial verstellbares Auslaßöffnüngsglied
35, ein Ventilsitzglied 31 und ein Ventilglied, welches ein Doppelsitzventil umfaßt,
das einen oberen, konischen Ventilkörper 32 und einen unteren konischen Ventilkörper
33 besitzt. Die beiden Ventilkörper sind mittels einer Ventilspindel 34 miteinander
verbunden, welche sich über den Ventilkörper 32 hinaus erstreckt und mit der Federauflage
oder -platte 27 verbunden ist. Das Auslaßöffnungsglied 35 weist einen rohrförmigen
Behälter oder Hohlkörper, der in seinem unteren Teil einen Hohlraum 36 bildet, und
eine Betätigungsspindel 37 auf, tvelche das Metallgehäuse nach außen heraus durchsetzt.
Es ist für axiale Bewegung in einer in .der Wandung 29 gebildeten Durchbrechung
gelagert, und eine Stopfbüchsendichtung der üblichen Bauart, welche eine Stopfbüghsenmutter
38 und einen Dichtungsring 39 umfaßt, kann vorgesehen sein, um das für die Auslaßöffnung
dienende Gehäuseglied 13 von dem durch das Ventilgehäuse 12 begrenzten Ringraum
wirksam abzudichten. Das Auslaßöffnungsglied 35 ist mit den Auslaßöffnungen 40,
welche den Hohlraum 36 mit dem Innern des Auslaßöffnungsgliedes 35 verbinden, versehen,
sowie auch mit einer sieh einwärts erstreckenden . rohrförmigen Leitung 41., deren
eines Ende durch die Wandung 41a geschlossen und deren anderes Ende mittels einer
in der Wandung des Gliedes 35 gebildeten Öffnung gegen den Raum 12a offen ist. Die
obere Wandung der Leitung 41 ist mit einer Bohrung mit linksgängigem Gewinde für
die Aufnahme des ein gleiches Gewinde aufweisenden unteren Endes des rohrförmigen
Ventilsitzgliedes 31 versehen, welches in dessen Wandung gebildete Auslaßöffnungen
44, einen unteren Ventilsitz 45 und einen oberen Ventilsitz46 besitzt. Vorteilhaft
ist eine das Ventilsitzglied 31 umgebende Stoplbüchsendichtung vorgesehen.,
welche einen Dichtungsring 47 , und eine Stopflriichsenmutter 48 umfaßt, die: in
einem Gewindeloch am oberen Ende des Gliedes 35 eingesetzt sind. Eine schwache Druckschraubenfeder
49 umgibt das Ventilglied und ist zwischen der
l@ ederatiflage 27
und dem oberen Ende des Gliedes 35 eingespannt, um bei Abwesenheit eines auf die
Membran wirkenden Flüssigkeitsdruckes die Ventile 32 und 33 normalerweise von den
Ventilsitzen 45 und 46 abgehoben zu halten. Es ist vorgesehen, daß die Druckkraft
der Feder 49 größer sein soll als jeder Flüssigkeitsgegendruck auf das Ventilglied,
der als Folge des an den Einlaß- und Auslaßöffnungen der miteinander verbundenen
Ventile 32 und 33 auftretenden Druckdifferentials vorkommen kann. Aus obiger Anordnung
ergibt sich, daß eine axiale Bewegung der Membran und des damit verbundenen Meßöffnungsaggregates
io auf die Ventilspindel 34 übertragen wird und auf diese Weise dazu dient, den
Hubabstand.der Ventile von ihren Ventilsitzen zu vergrößern oder zu verkleinern.
Des weiteren bildet die rohrförmige Leitung 41 eine Einlaßöffnung zum unteren Ventil
33, v'ährend der durch das rohrförmige Ventilsitzglied 3 1 und die Öffnungen
44 gebildete innere Hohlraum die Auslaßanordnung für die Ventilsitze 45 und 46 darstellt,
welche koaxial zueinairder und konzentrisch zur Mittellinie des Ventilgliedes angeordnet
sind. Zur Erleichterung des Zusammenbaus der Ventilanordnung 'kann das untere Ventil
33 von kleinerem Durchmesser sein als das obere, 32, was gestattet, das untere Ende
der VentiIspinde134 ohne weiteres durch den oberen Ventilsitz 46 hindurchzuführen.
-
Das Auslaßöffnungsgehäuseglied 13 ist mit einer Auslaßöffnung
50 und mit einem Innen- und Außengewinde besitzenden, in einem Stück mit
seiner unteren Wandung ausgebildeten. Ring 51 versehen, dessen Innengewinde eine
Stoffbüchse 52 von üblicher Bauart aufnimmt, welche die sich vom Glied 35 nach unten
erstreckende Betätigungsspindel 37 umgibt. Eine rohrförmige Hülse 53 ist an ihrem
oberen 1?nde auf das Außengewinde des Ringes .51 aufgeschraubt und ist mit einer
an derselben befestigten Lagerstütze 54 versehen, welche finit einem iit deren Zentrum
angeordneten linksgängigen Ge\N,indeanguß 55 für die Aufnahme eines gleichartigen
Gewindes an der Betätigungsspindel 37 versehen ist. Die Hülse 53 trägt an ihrem
äußeren Ende eine graduierte Skala 56. Ein axial beweglicher, am Gewindeteil derBetätigungsspindel
37 montierter und durch den Führungsschlitz 58 in der hülse 53 am Drehen verhinderter
Zeiger 57 bewegt sich über die Skala 56, wenn .die Spindel 37 einwärts oder auswärts
bewegt wird. Ein Betätigungsgriff 43 ist am äußeren Ende der Spindel 37 befestigt.
-
Die Anordnung, wie sie vorstehend beschrieben worden ist; kann dahingehend
abgeändert werden, daß die Feder 49 und die Federauflage 27 weggelassen werden und
eine direkte feste Verbindung zwischen der Ventilspindel 34 und dem Betätigungszapfen
26 vorgesehen wird. Obwohl es vorteilhafter ist, ein Paar Ventile und Ventilsitze
zu verwenden, um die Größe der Abweichung der Belastung infolge von Veränderungen
des Druckdifferentials an den Einlaß- und Auslaßöffnungen der @"entile zu lxgreiizeit,
kann ferner als Variante eine aus einem einzigen Ventil und Ventilsitz von geeigneten
Abmessungen bestehende Anordnung verwendet werden. In letzterem Fall ist es vorteilhaft,
eine elastische Membran von größerer Abmessung als die in der Zeichnung gezeigte
zu verwenden, um gegebenenfalls auftretende Veränderungen des gesteuerten Differentialdruckes
auf ein Minimum zu reduzieren. Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, daß sie mittels
der Einlaßöffnung 15 und der Auslaßöffnung 5o in der Rohrleitung eines Flüssigkeitssystems
eingebaut werden kann, um den Druck vor dem Steuerventil zu steuern. Die Anordnung
der Vorrichtung ist derart getroffen, daß, wenn ein Durchfluß eingeleitet wird,
die Flüssigkeit durch die Einlaßöffnung 15 in den Hohlraum über die Membran 16 und
von da durch die Lochscheibe 23 in den Hohlraum i8° fließt. Die Flüssigkeit fließt
hierauf vom Hohlraum i8° durch die Öffnungen 25 in den durch das zylindrische Ventilgehäuse
i2 begrenzten Ring- oder Hohlraum. Der letztgenannte Hohlraum zusammen mit der Leitung
41 bilden die Einlaßöffnung es Doppelventilgliedes, und die Flüssigkeit fließt von
genanntem Hohlraum durch die vom oberen und unteren Ventilsitz 46 und 45 gebildeten
Öffnungen., von hier in den durch das, rohrförmige Ventilsitzglied 31 begrenzten
Innenhohlraum und von dort durch die Auslaßöffnungen 44 in den Hohlraum 36 im unteren
Teil des Gliedes 35: Die Öffnungen 40 gestatten der Flüssigkeit dann, in das AuslaßöffnuugsgAäuseglied
13 und von dort durch die Hauptauslaßöffnung 5o aus der Vorrichtung zu fließen.
-
Die Arbeitsweise der Vorrichtung zur Erzielung einer kontinuierlichen
Differentialsteuerung und das Verfahren zur Einstellung der Geschwindigkeit des
Flüssigkeitsdurchflusses sind folgende: Bei allen Flüssigkeitsdurchflußsteuersystemen
ist es eine wesentliche Vorbedingung; daß das Flüssig-: keitssysxem bei Nichvorhandensein
eines Steuerventils eine größere Durchflußgeschwindigkeit gestatten sollte als diejenige,
.die als die gewünschte gesteuerte Geschwindigkeit spezifiziert ist. Zudem ist bekannt,
daß für irgendeine Größe der Meßöffnung der an der Öffnung durch den Flüssigkeitsdurchfluß
erzeugte Wert des Differentialdruckes eine Funktion der Durchflußgeschwindigkeit
ist; im vorliegenden Fall, in welchem eine Membran verwendet wird, wirkt sich der
Differentialdruck auch An der Membran aus und untersteht dem Gegendruck der zusammengedrückten
Schraubenfeder, welche gegen die Unterseite -der Membran und die Öffnung drückt.
-
Es ist verständlich, daß, -da die Größe der Spannung der zusammengedrückten
Schraubenfeder 28 eine lineare Funktion der angelegten Spannung ist, die axiale
Bewegung oder Rückbewegung der Lochscheibe 23 und der mit ihr zusamTnengebauten
Teile eine lineare Funktion der Veränderung des Differentialdruckes an der elastischen
Membran 16 und an der Lochscheibe 23 ist, wobei dieser Differentialdruck seinerseits
eine Funktion der Durchflußgeschwindigkeit ist. Daraus folgt, daß unabhängig
von
der Größe des Meßloches für jeden Differentialdruck eine bestimmte axiale Stellung
der Locheinheit und des damit verbundenen Ventilbetätigungszapfens 26 gegeben ist,
und daß jeder Veränderung in der Durchflußgeschwindigkeit augenblicklich eine Änderung
dieser Stellung folgt. Da der Ventilbetätigungszapfen 26 axial mit der Locheinheit
verbunden ist und die Ventilbewegung bewirkt, so wird die axiale Bewegung der Ventile
32 und 33 in gleicher Weise wie diejenige des 1_oches gesteuert: Die große Schraubenfeder
28 ist so ausgebildet, daß die axiale Bewegung des Ventilbetätigungszapfens 26 für
den vollen zulässigen Bereich des Differentialdruckes bei Betriebsmessungen, verglichen
mit dem sehr kleinen Hub von der geschlossenen Stellung bis zur Erreichung der vollen
Öffnung zwischen den Ventilen 32, 33 und ihren Sitzen 45 und 46, sehr groß ist.
-
Die Lage der Ventilsitze kann durch Drehung der Spindel 37, mit welcher
sie verbunden sind, von Hand axial eingestellt werden. Die axiale Bewegung genannter
Ventilsitze ist auf die Bewegung begrenzt, welche für den Bereich des bei Betriebsmessungen
zulässigen Bereichs des Differentialdruckes erforderlich ist. Da die Geschwindigkeit
des Flüssigkeitsdurchflusses durch die Meßöffnung und zwischen den Ventilen und
ihren Sitzen die gleiche ist, folgt, daß für jede gewählte Stellung der Ventilsitze
der Differentialdruck praktisch ein spezifischer Wert ist und deshalb die Durchflußgesdhwindigkeit
(im Fall eines Gases für einen bestimmten statischen Druck) auch spezifisch ist.
-
Für die feinere Steuerung eines Gasstromes ist es Vorbedingung für
die Direktstromsteuerung, daß der statische Druck gleichbleibend aufrechterhalten
wird, falls erforderlich, durch ein anderes Mittel. Wenn der statische Druck auf
diese Weise gleichbleibend aufrechterhalten wird, dann steuert die vorher beschriebene
Vorrichtung durch Regulierung des Differentialdruckes an der Meßöffnung innerhalb
feiner Grenzen wirksam und dauernd die Geschwindigkeit von verdichtbaren Flüssigkeiten.
Für einen Flüssigkeitsdurchfluß ist die Steuerung unabhängig vom statischen Druck.
-
Die beschriebene Vorrichtung ist nur eine der möglichen Anordnungen
der Erfindung; in diesem Fall ist der zu steuernde Differentialdruck das Differential
an .der Meßöffnung, welches bei statischem Druck vor den Steuerventilen vorhanden
ist. Je nach den örtlichen Verhältnissen kann es von Vorteil sein, eine alternative
Anordnung .der Erfindung zu verwenden. Das allgemeine, der vorliegenden Erfindung
zugrunde liegende Prinzip wird dadurch jedoch nicht geändert, indem die Durchflußgeschwindigkeit
der Flüssigkeit durch die Steuerung des Differentialdruckes an der Meßöffnung direkt
gesteuert wird.