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Steuerventil zum Regeln eines Flüssigkeitsdurchflusses Die Erfindung
bezieht sich auf ein Steuerventil zum Regeln eines Flüssigkeitsdurchflusses, und
zwar insbesondere des Durcliflusses durch ein hinter dem Ventil angeordnetes Meßlochaggregat.
Sie bezweckt vor allein eine genaue, einfache und leicht vorzunehmende Einstellung
des Steuerventils.
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1)ie Erfindung besteht im \vesentlichen darin, daß bei Verwendung
eines mit einem druckabhängigen Verstellglied, vorzugsweise eitler elastischen Membran,
verbundenen Meßlochaggregats und eines den Durchfluß der Flüssigkeit durch das Meßloch
regelnden Ventilaggregats ein Ventilteil des letzteren entsprechend der Durchflußgeschwindigkeit
der Flüssigkeit bzw. entsprechend dem Druckunterschied beiderseits des genannten
druckabhängigeil Gliedes von diesem ständig axial verstellt wird und außerdem zusätzliche
Mittel zur axialen Einstellung des genannten Ventilteils vorgesehen sind.
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Zweckmäßig ist der Steuerventilteil mit einer einen Teil des :\Ießlocliaggregats
bildenden Betätigungsspindel einstellbar verbunden. Ferner sind vorzugsweise von
Hand zu betätigende Mittel zur Bewirkung der axialen Verstellung des Steuerventilteils
vorgesehen. Die Einstellmittel sind zweckmäßig derart ausgebildet, daß durch eine
Drehbewegung derselben eine axiale Verschiebung des genannten Steuerventilteils
bewirkt wird.
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Die Erfindung sei an Hand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten
Ausführungsform, welche in einem senkrechten Querschnitt gezeigt ist, noch näher
erläutert.
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In der Zeichnung ist ein Metallgehäuse gezeigt, welches ein Meßlochaggregat
io und eine Steuerventilanordnung i i einschließt. Das Metallgehäuse umfaßt ein
zylindrisches, mit einem Flansch versehenes Ventilgehäuse 12, welches an seinem
oberen Ende mit einem Einlaßkanalteil 13 versehen und dessen unteres geflanschtes
Ende mittels der Bolzen 14 mit einem geflanschten Teil eines mit einer .,\uslaßöffnung
16 versehenen Feder- und Meßlochgehäuses
15 verbunden ist. Die
Umfangszone einet elastischen Membran 17 ist zwischen den mit Flanschen versehenen
Teilen der Gehäuse 12 und 15 eingelegt und mittels der Bolzen 14 zwischen denselben
eingeklemmt.
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Das Meßlochaggregat to ist flüssigkeitsdicht am Innenrand der Membran
befestigt und umfaßt einen mit Löchern versehenen Dom 18, welcher mit einem einen
Ringsitz für die Membran 17 bildenden .Außenflansch 19 versehen ist. Ein mit einem
Außen-und Innengewinde versehener Bund, 20 erstreckt sich abwärts vom Flansch 19
und ist an seinem Außengewinde mit einem Klemmring 21 versehen, der so ausgebildet
ist, daß er nach aufwärts geschraubt gegen den, zwischen der Membran 17 und dem
Klemmring 21 eingelegten Dichtungsring 22 drückt, um auf diese Weise den Dom 18
wirksam an der Membran 17 zu befestigen. Der Flansch 19 ist im Inmern des Doms 18
fortgesetzt, um einen Ringsitz 19a für eine Meßlochscheibe oder -platte 23 zu bilden,
welche am genannten Ringsitz dicht anliegend mittels. eines in das Innengewinde:
des Bundes 20 eingeschraubten Klemmrings. 24 befestigt ist. Der Dom 18 ist oberhalb
des Flansches 19, 19a von Halbkugelform und ist mit Löchern 25 versehen, welche
einen durch den Dom 18 gebildeten Hohlraum 18a mit dem durch das zylindrische Steuerventilgehäuse
12 begrenzten Ringraum verbinden. Das Meßlochaggregat to ist mittels einer mit dem
Dom 18 aus einem Stück bestehenden, sich nach aufwärts erstreckenden Betätigungsspindel
26 unmittelbar verbunden, die an ihrem oberen Ende mit einer mit einem Gewinde
versehenen Ausnehmung versehen ist, welche .eine mit einem entsprechenden Gewinde
verseherne Verlängerung eines Steuerventilteiles 28 aufnimmt. Die Ausnehmung 27
ist von größerer Tiefe als die Länge der Gewindeverlängerung des Steuerventilteils
28, was eine bedeutende axiale Verstellung des Steuerventilteils 28 gestattet. Das
Feder- und Meßlochgehäuse 15 umgibt eine zwischen dem Boden genannten Geliäuses
und der Unterseite des Meßlochaggregats to eingespannte Schraubenfeder 29, derart,
daß der Abwärtsbewegung der Membran. 17 durch die Feder 29 entgegengewirkt wird.
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Die Betätigungsspindel 26 ist in einer innerhalb des zylindrischen
Teils des Steuerventilgehäuses 12 angeordneten Führungsplatte 3o für Axialbew-egung
geführt, und Bohrungen 31 sind in der Führungsplatte 30 vorgesehen. Das obere
Ende des zylindrischen Ventilgehäuses 12 ist an einem sich nach abwärts erstreckenden
zylindrischen Teil 13a des Einlaßkaiialgehäuseteils 13 befestigt, welcher
eine mit einem Innengewinde versehene Einilaßöffnung 32 aufweist. Eine nach innen
gerichtete flanschartig,2 Wandung 136 des zylindrischen Teils 13a bildet die untere
Wandung des Teils 13 und dient außerdem zur Abstützung eines den Steuerventilteil
Vmgebenden Ventilsitzes .33. Der Sitz 33 kann in eine in der flanschartigen Wandung
136 gebildete und mit einem entsprechenden Gewinde versehene Ausnehmung 34 eingeschraubt
werden und kann mit einem Bund 35 versehen werden, der so ausgebildet ist, daß er
gegen die obere Fläche der flanschartigen Wandung r36 aufliegt, wenn der Sitz 33
in die Ausnetimung 34 eingeschraubt wird.
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Der Steuerventilteil 28 umfaßt einen Ventilschaft 36, dessen unteres
Ende an der Betätigungsspindel 26 befestigt ist, und einen konischen Ventilkopf
37, der so ausgebildet ist, daß er in einer im oberen Ende des Ventilsitzes 33 gebildeten
konischen Ausnehmung 38 aufsitzt. Der Ventilschaft 36 erstreckt sich über den Ventilkopf
37 hinaus, und zwar in Form einer flachseitigen Verlängerung 39, deren Länge größer
ist als die Länge des Gcw-indeteils des unteren Endes des Ventilschafts 36. Ein
von Hand zu betätigender Schlüssel 40 ist vorgesehen, durch dessen Drehung der Ventilschaft
36 in der GeNvindeausnehmung 27 auf- und abwärts bewegt wird. Der Schlüssel 40 umfaßt
einen zylindrischen Schaft, welcher in einem Dichtungsaggregat 41 drehbar gelagert
ist, das seinerseits an einer sich nach aufwärts erstreckenden, einen Teil des Gliedes
13 bildenden Hülse 42 montiert ist. Ein Bund 43 ist am Schaft des Schlüssels vorgesehen
und zwischen der unteren Stirnfläche des Dichtungsaggregats 41 und einem an der
Unterseite des Dichtungsaggregats 41 befestigten Bügelglied 44 eingeschlossen. Der
Bund 43 verhindert auf diese Weise eine axiale Verschiebung des Schlüssels 40, wenn
letzterer mittels eines am Schlüssel befestigten Handgriffes 45 im Dichtungsaggregat
4t gedreht wird. Eine Ausnehmung 46 ist im unteren Ende des Schafts des Schlüssels
4o ausgebohrt und kann von größerer Länge sein als die flachseitige Verlängerung39,
welche sie umgibt. Das untere Ende der ausgebohrten; Ausnehmung 46 wird durch .ein
Brückenstück 47 abgeschlossen, welches eine flachseitige Durchbrechung zur Aufnahme
der Verlängerung 39 besitzt, wobei die Anordnung derart ist, daß bei Drehung des
Schlüssels 4o der Ventilschaft 36 mitgedreht wird und sich in axialer Richtung verschiebt,
so daß der Ventilkopf 37 sich gegen den Ventilsitz 33 oder von demselben weg bewegt.
Daraus ergibt sich, daß die vorgesehene Einstellung eine Veränderung der Durchlässe
der Steuerventilanordnung i t gestattet.
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Die hierin beschriebene Vorrichtung ist im besonderen derart ausgebildet,
daß sie mittels der Einlaß- und Auslaßkanäle 32 und 16 in die Rohrleitung eines
Flüssigkeitssystems einzubauen ist, um den Druck stromabwärts vom Ventil zu steuern.
Die Anordnung der Vorrichtung ist ferner derart, daß, wenn ein Durchfluß einsetzt,
die Flüssigkeit durch den Einlaßkanal32 in den Teil 13 und von dort durch
die Einlaßanordnung des. Steuerventilaggregats 11, welche durch den konischen Ventilsitz
38 und den Ventilkopf 37 gegeben ist, fließt. Dann strömt die Flüssigkeit in den
zwischen der flanschartigen Wandung 136 und der Führungsplatte 30 gebildeten Hohlraum
A und hierauf durch die Bohrungen 31 in den Hohlraum B zwischen der Führungsplatte
30 und der Membran 17. Hiernach fließt die Flüssigkeit vom Hohlraum B durch
die Bohrungen 25 im Dom 18 in den Hohlraum 18a und durch die Meßlochplatte 23 in
den durch die Meinbran 17 und (las Meßlocligehätrse 15 gebildeten
Hohlraum
C und von dort durch den Auslaßkanal 16.
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Eine unerläßliche Vorbedingung jedes Durchflußsteuersystems besteht
darin, (laß ohne das Steuerorgan das Durchflußsystem eine größere Durchflußgescliw.indigkeit
gestattet als diejenige, die als die gesteuerte Geschwindigkeit spezifiziert wird;
außer-(lern ist es vorteilhaft, die Anordnung so zu treffen, (iaß der Differentialdruck
am Meßloch von der Größenordnung des höheren für Betriebsmessungen von Gasen und
Flüssigkeiten verwendeten Differentialbereiches ist, um das durch die Verwendung
einer Durchflußsteuervorrichtung erzeugte Reibungsgefälle zu begrenzen.
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Für jedes beliebige Meßloch 23 ist der Wert des Differentialdruckes,
welcher am Meßloch durch den durch dasselbe stattfindenden Flüssigkeitsdurchfluß
erzeugt wird, eine Funktion der Flüssigkeitsgeschwindigkeit. Da das Meßloch oder
die Meßöffnung 23 fest im Meßlochaggregat io befestigt ist, welch letzteres seinerseits
dicht mit der elastischen Membran 17 in Verbindung steht, wird der am Meßloch auftretende
Differentialdruck auch an der elastischen :Membran wirksam. Dem auf diese Weise
an der Membran auftretenden Differentialdruck wird durch die Schraubenstahlfeder
29, deren unteres Ende am Gehäuse 15 aufliegt, entgegengewirkt.
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1)a die Größe des Druckes der Schraubenfeder 29 eine lineare Funktion
der auferlegten Belastung ist, folgt daraus, daß die axiale Bewegung oder Rückbewegung
der Meßlochplatte 23 und des Aggregats 18 eine lineare Funktion der Veränderung
des Differentialdruckes am Meßloch und an der Membran ist und demzufolge eine Funktion
der Veränderung der Durchflußgeschwirrdigkeit. Daraus folgt, daß für jede vorgewählte
Lochgröße eine bestimmte axiale Stellung der Meßloclrplatte und der ihr zugeordneten
Ventilbetä tigungsspindel 26 für jeden Differentialdruck und somit für die entsprechende
Durchflußgeschwindigkeit gegeben ist. Da die Ventilbetätigungsspindel 26 am Ventilschaft
28 angeschraubt ist, folgt daraus, daß die axiale Stellung des Ventils 37 selbst
durch die Durchflußgesch-,vindigkeit bestimmt wird.
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Die axiale Stellung des Ventils 37 kann durch Drehung des Schlüssels
4o, welcher den, Ventilschaft 39 dreht und dadurch eine axiale Verschiebung desselben
bewirkt, in bezug auf (las Meßlochaggregat ro von Hand eingestellt werden, indem
derGewindeteil des Ventilschafts in die mit einem Gewinde versehene Ausnehmung 27
in der Betätigungsspindel 26 hineingeschraubt oder aus derselben herausgeschraubt
wird.
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Daraus folgt, daß für jede in bezug auf das Meßlochaggregat ro gewählte
axiale Stellung des Ventils 37 der Differentialdruck praktisch eine Spezifische
Größe ist, und daß die Durchflußgeschwindigkeit ihrerseits für jedes bestimmte Meßloch
auch spezifisch ist. Zudem bewirkt eine kleine Veränderung des Differentialdruckes
eine unverhältnismäßig große Veränderung des Durchlaßquerschnitts zwischen dem Ventil
und seinem Sitz.
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Unter Flüssigkeiten im Sinn der Erfindung sind auch Gase oder andere
ähnliche Medien zu verstehen.