WO2001067197A1

WO2001067197A1 - Regelventil

Info

Publication number: WO2001067197A1
Application number: PCT/EP2001/002619
Authority: WO
Inventors: Horst Mall
Original assignee: Danfoss Iwk Regler Gmbh
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2001-09-13
Also published as: DE10011558A1; AU2001260104A1

Abstract

Zur hydraulischen Anpassung des Volumenstroms in Abhängigkeit der Mediumstemperatur sieht die Erfindung ein Regelventil vor mit einem einen Durchlass umschliessenden Ventilsitz und mit einem mit diesem zur Durchflussregelung zusammenwirkenden axial beweglichen Ventilkörper, bei dem innerhalb des Ventilkörpers ein relativ zu diesem bei Temperaturänderung beweglichen Regelkegel angeordnet ist.

Description

Regelventil

Die Erfindung betrifft ein Regelventil mit einem einen Durchlass umschließenden Ventilsitz mit einem mit diesem zur Durchflussregelung zusammenwirkenden axial beweglichen Ventilkörper.

Derartige Regelventile, werden bei der Wärmeübergabestation, im Zusammenhang mit der mechanischen und elektrischen Temperaturregelung bei der Warmwasserbereitung über Wärme - tauscher und bei sonstigen Wassererwärmungsanlagen, insbesondere nach dem Durchflussprinzip vor allem bei der Trink- und Betriebswasseraufbereitung eingesetzt. Die Temperatur des Wärmeträgers kann in weiten Bereichen schwanken. Beispielsweise können bei Fern- und Nahwärme die Temperaturen des Wärmeträgers Wasser im Sommer 60°C, im Winter 125 bis

130°C betragen. In einem solchen Fall ist ein auf 60°C Wassertemperatur ausgelegtes Regelventil für die Wärmeübertragung bei einer Temperatur von 125°C, gleiche gewünschte Wärmeleistung vorausgesetzt, überdimensioniert und zwar um den Faktor 4. Bei einem derart überdimensioniertes Regel - ventil für den praktischen Betrieb können Probleme der Dauer - Schwingungen der Regelgroße auftreten. Dies fuhrt zu einem schnellen Verschleiß der Ventilantriebe und damit zu deren frühzeitigen Versagen. Außerdem werden unliebsame Stromungsgerausche erzeugt, die den Anlagenutzer störend belasten. Beim Duschbetrieb ergeben sich Temperaturschwankungen, die zumindestens unerwünscht sind, aber auch zur Gefahr eines zu heißen Wasseraustritts fuhren können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Regelventil dahingehend weiterzubilden, dass unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile die automatische selbsttätiger Anpassung des Volumenstroms in Abhängigkeit der Mediumstemperatur und damit eine Verbesserung der Regelfahigkeit erreicht wird.

Erfmdungsgemaß wird die genannte Aufgabe mit einem Regel - ventil der eingangs genannten Art gelost, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass innerhalb des Ventilkorpers ein relativ zu diesem bei Temperaturanderung beweglichen Regelkegel angeordnet ist.

Die Erfindung sieht also ein temperaturadaptives Regelventil vor, bei dem besondere Fremd- und Hilfsenergie nicht erforderlich ist. Die erfindungsgemaß angestrebten Ziele werden dadurch erreicht, dass innerhalb des eigentlichen die Durchflussregelung bewegenden Ventilkorpers ein sich unter Temperatureinwirkung relativ zu diesem bewegender Regelkegel vorgesehen ist, durch den bei sich ändernder Medi - umstemperatur der Durchfluss des Ventils automatisch an- passt, d.h. bei höherer Temperatur vermindert wird. Damit wird erreicht, dass die Ventilkennlinie des eigentlichen durch den Ventilkorper gebildeten Ventils sich mit der Mediumstemperatur ändert und sich damit dem Regelprozess au- tomatisch anpasst. Der eigentliche Gesamthub ändert sich nicht; es wird, die selbe Wärmeleistung des Wärmeübertragers vorausgesetzt, der Durchfluss mit dem von der Temperatur abhangigen Regeltor und Beibehaltung des Ventilhubs sich ändert. Die Ventilkennlinie verlauft mit steigender Mediumstemperatur erheblich flacher, wodurch die Auflosung der Ventilkennlinie bei Beibehaltung des Hubbereichs für den Durchfluss entscheidend verbessert wird.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein fest mit dem Ventilkörper verbundenes Kolbenelement in das Innere des Regelkegels ragt und in diesem ein Dehnstoff angeordnet ist. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Dehnstoff einen im wesentlichen linearen tem- peraturabhangigen Ausdehnungskoeffizienten hat, wobei der Dehnstoff ein Dehnwachs, eine technische Flüssigkeit oder auch ein mechanisches Dehnmittel sein kann.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass zwischen Regelkegel und Ventilkorper eine Feder ange- ordnet ist und insbesondere dass die Feder zwischen einem mit dem Regelkegel verbundenen Zylinder Ansatz und dem Ventilkorper angeordnet ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in deren Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt bzw. zeigen:

Fig. la u. 1b eine bevorzugte Ausfuhrungsform des er- findungsgemaßen Regelventils m einer Niedertemperaturstellung (Fig. la) von beispielsweise 70°C und einer Hochtemperaturstellung (Fig. lb) von bei- spielsweise 130°C;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs von Ventilsitz, -korper und -kegel der Ausfuhrungsformen der Fig. la und b;

Fig. 3 eine ebenfalls vergrößerte schematische

Darstellung des zur Fig. 2 genannten Bereichs mit verschiedenen Positionen des Regelkegels bei verschiedenen Temperaturen (70, 100 und 130°C); und

Fig. 4 eine Darstellung zur Änderung der Ven- tilkennlinie in Abhängigkeit von Ventilhub und Mediumstemperatur gemäß der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Regelventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 und ein Durchflussgehäuse 3 auf. Im Durchflussgehause 3 ist ein Ventilsitz 4 ausgebildet, der einen Durchläse 6 aufweist .

Mit dem Ventilsitz 4 wirkt ein Regelkorper 7 zusammen, der im Ventilgehäuse 2 axial unter Einwirkung eines Antriebs - Stabes 8 entgegen der Wirkung einer Feder 9 zum Schließen des Regelventils 1 mit einem Hub H verschiebbar ist.

Der Ventilkorper 7 weist einen zylindrischen Hauptkorper 11 auf, dessen äußerer Durchmesser großer ist als der Innendurchmesser des Ventilsitzes 4 und damit des Durchmessers des Durchlasses 6. An der Stirnseite weist der Hauptkorper 11 ein Dichtungselement 12 m Form eines Dichtringes auf. Den Hauptkorper 11 überragt eine in Form eines Vordrossel zylindrischen Ansatzes 13, dessen Durchmesser dem Durchmes- ser des Durchbruchs 6 entspricht und der auch bei geöffnetem Ventil, d.h. von dem Ventilsitz 4 abgehobener Stirnseite bzw. Dichtelement 12 des Hauptkorpers 11 m den Ventilsitz 4 ragt. Die Vordrossel 13 weist m seiner Umfangs- wandung als Regeltore 14 Durchbrüche auf. Hierdurch ist bei geöffnetem Ventil - vom Ventilsitz 4 abgehobenem Hauptkörper 11 - ein Fluiddurchfluss von der Einlasskammer 16 - durch die Regeltore 14 hin - zur Auslasskammer 17 möglich. Die Regeltore 14 weisen zum freien Ende der Vordrossel 13 vorzugsweise als Schlitze spitz aus. Derart kann der Durchfluss sehr fein über den Antriebsstab 8 eingestellt werden. Es können je nach Anforderung mehrere solcher Regeltore 14 am Hauptkörper 11 vorhanden sein.

Innerhalb des Ventilkörpers 7 ist axial relativ zu diesem beweglich ein Regelkegel 18 vorgesehen. Der Regelkegel 18 weist einen Hohlraum 19 auf, in dem sich vorzugsweise im wesentlichen linear ausdehnender Dehnstoff 21 befindet. Bei dem Dehnstoff kann es sich um ein Dehnwachs mit hoher Wär- meleitf higkeit, eine technische Flüssigkeit aber auch ein metallisches Dehnmittel handeln. In den Hohlraum 19 des Regelkegels 18 ragt ein mit dem Ventilkörper fest verbundenes Kolbenelement 22. Zwischen dem Ventilkorper 7 und dem Regelkegel 18 genauer einem mit diesem fest verbundenen in den rückwärtigen Bereich des Ventilkörpers 7 hineinragenden Zylinder 23 ist eine Feder 24 vorgesehen, unter deren Ein- fluss der Regelkegel 18 aus dem Ventilsitz hier bzw. dem Durchlass 6 heraus rückwärts zum Ventilgehäuse 2 gedrückt wird.

Über eine achsparallele Bohrung 25 im Regelkegel 18 erfolgt ein Ausgleich des inneren Drucks des Ventiles zur Kompensation der an den beiden Ventilkegel 18 und 11 angreifenden Kräfte: beide Ventilkegel 18 und 11 sind daher druckentlastet. Der Dehnstoff 21 dehnt sich mit der Temperatur eine das Ventil durchfließenden Mediums, dessen Durchfluss zu regeln ist, d.h. bei Erhöhung der Mediumstemperatur aus. Aufgrund dieser Ausdehnung drückt es gegen das Kolben-Element 22 als Widerlager (das sich wiederum am Antriebsstab D abstützt) und, da dieses mit dem Ventilkörper fest verbunden ist, den Regelkegel 18 nach vorne (in den Zeichnungen nach oben) in den Durchlass 6 hinein. Durch diese Verschiebung des Regel - körpers verkleinert sich bei Temperaturerhöhung der effektive Durchlassquerschnitt des Durchlasses 6 und damit das Regeltor. Bei Temperaturerniedrigung, bei der das Volumen des Dehnstoffs wieder reduziert wird, vergrößert sich das Regeltor durch Zurückbewegung des Regelkegels 18 unter Wir- kung der Feder 24.

Bei Temperaturanstieg wird damit der Durchfluss ebenso vermindert und bei Temperaturreduzierung vice versa wieder vergrößert. Damit wird erreicht, dass die Kennlinie des Ventils, also der Durchfluss in Abhängigkeit vom Hub, sich mit der Mediumstemperatur ändert und damit dem Regelprozess automatisch anpasst. Der eigentliche Gesamthub des Ventils, d.h. des Ventilkörpers 7 ändert sich nicht; es wird, bei derselben Wärmeleistung des Wärmeüberträgers vorausgesetzt, wie Fig. 4 zeigt, der Durchfluss mit dem von der Temperatur abhängigen Regeltor unter Beibehaltung des Ventilhubes geändert. Die Pfeile rechts in der Figur beziehen sich auf die automatische Anpassung der Durchflusskennlinie in Abhängigkeit der Mediumstemperatur an den thermischen Pro- zess . Die Ventilkennlinie verläuft daher bei steigender Mediumstemperatur erheblich flacher. Die Auflösung der Ventilkennlinie wird durch die Beibehaltung des Hubbereichs durch den Durchfluss verbessert.

Bezugs zeichenliste

Regelventil

Ventilgehäuse

Durchflussgehäuse

Ventilsitz

Durchlass

Ventilkörper

Antriebsstab

Feder

Hauptkörper

Dichtungselement

Vordrossel

Regeltore

Einlasskammer

Auslasskammer

Regelkegel

Hohlraum Dehnstoff Kolbenelement Zylinder Feder

Claims

Patentansprüche

1. Regelventil mit einem einen Durchlass umschließenden Ventilsitz und mit einem mit diesem zur Durchflussregelung zusammenwirkenden axial beweglichen Ventilkorper, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Ventilkorpers (7) ein relativ zu diesem bei Temperaturanderung selbsttätig beweglichen Regelkegel (18) angeordnet ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein fest mit dem Ventilkorper (7) verbundenes

Kolbenelement (22) in das Innere des Regelkegels (18) ragt und in diesem ein Dehnstoff (21) angeordnet ist.

3. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnstoff einen im wesentlichen linearen tem- peraturabhangigen Ausdehnungskoef izienten hat.

4. Regelventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnstoff ein Dehnwachs ist.

5. Regelventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn - zeichnet, dass der Dehnstoff eine technische Flüssigkeit ist.

6. Regelventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnstoff ein metallisches Dehnmit- tel ist.

7. Regelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Regelkegel (18) und Ventilkörper (7) eine Feder (24) angeordnet ist.

Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (24) zwischen einem mit dem Regelkegel (18) verbundenen Zylinder (23) und dem Ventilkörper (7] angeordnet ist.