<Desc/Clms Page number 1>
Ventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil zum Regeln des Massenstromes strömender Medien, mit einem Ventilsitz, einem damit zusammenwirkenden Ventilkegel und einer mit dem Ventilkegel zu dessen Betätigung in Wirkverbindung stehenden Steuermembran od. dgl., deren eine Seite mit vor und deren andere Seite mit hinter dem Ventilsitz abgegriffenem Strömungsmitteldruck beaufschlagbar ist.
Die Übertragung des Strömungsmitteldruckes zur Differenzdruckbeaufschlagung der Membran erfolgt durch zwei Steuerleitungen, wobei der unmittelbar vor der Messblende abgegriffene Strömungsmitteldruck auf die eine und der unmittelbar hinter der Messblende abgegriffene Druck auf die andere Membranseite wirkt.
In der Verfahrenstechnik besteht häufig die Forderung, die Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums, z. B. eines Wärmeträgers, unabhängig von den im Medium herrschenden statischen und dynamischen Drücken konstant zu halten. Die Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit kann zweckmässigerweise mittels eines Staudruckmessers erfolgen, z. B. durch ein Venturirohr oder eine Messblende. Wenn das strömende Medium inkompressibel ist, kann die Strömungsgeschwindigkeit direkt als Mass für die in der Zeiteinheit strömende Menge angesehen werden. Wenn das strömende Medium als Wärmeträger dient und die Temperatur dieses Wärmeträgers konstant gehalten oder in bestimmter Weise verändert wird, liegt ein in der Zeiteinheit konstanter oder in bestimmter Weise veränderlicher Wärmetransport vor.
Die Verwendung von Regelventilen zur Regelung der von einem als Wärmeträger dienenden inkompressiblen oder auch kompressiblen Medium in der Zeiteinheit transportierten Wärmemenge ist bereits bekannt.
Bei einem bekannten Ventil dieser Art ist der Durchgangsquerschnitt mittels eines in bezug auf den Ventilsitz verschieblich angeordneten Ventilkegels einstellbar. Zur Betätigung des Ventilkegels dient eine über ein Gestänge mit diesem verbundene Steuermembran, die von einem an einer Messblende, die zu-oder abströmseitig vom Ventil angeordnet ist, abgegriffenen Differenzdruck beaufschlagt ist. Dabei wirkt der unmittelbar vor der Messblende abgegriffene Strömungsmitteldruck auf die eine, der unmittelbar hinter der Messblende abgegriffene Druck auf die andere Membranseite. Ferner greift an der Membran eine als Rückführorgan dienende Feder an, die gleichsinnig mit der Beaufschlagung durch den hinter der Messblende abgegriffenen Strömungsmitteldruck wirkt.
Bekanntlich steht die an einer Messblende auftretende Differenzdruckänderung in quadratischem Verhältnis zur Änderung der Geschwindigkeit eines strömenden Mediums. Hohe Strömungsgeschwindigkeit führt zu einem starken Druckabfall, d. h. einem hohen Differenzdruck, niedrige Strömungsgeschwindigkeit hingegen zu einem kleinen Differenzdruck. Bei dem bekannten Ventil ist die Anordnung nun so getroffen, dass bei steigender Strömungsgeschwindigkeit, also bei steigendem Differenzdruck, sich der Ventilkegel gegen die Wirkung der Rückstellfeder in Richtung auf seine Schliesslage verschiebt, bis ein neuer Gleichgewichtszustand zwischen den an der Membran angreifenden Kräfte eintritt. Hiedurch erfolgt eine Konstanthaltung der Strömungsmenge, die unabhängig vom statischen und dynamischen Druck des Systems ist.
Bei fallendem Differenzdruck bewegt sich der Ventilkegel entsprechend in Richtung seiner maximalen Öffnungsstellung.
Die Sollwerteinstellung erfolgt bei der bekannten Anordnung durch Veränderung der Vorspannung der auf die Steuermembran einwirkenden Rückführeder. Zur Vergrösserung des Einstellbereiches kann die Rückführfeder gegen eine Feder anderer Charakteristik ausgetauscht werden. Eine Sollwertbeeinflussung kann auch durch Veränderung der Messblendenöffnung erfolgen. Dies ist einerseits durch Verwendung einer Blende mit veränderlichem Durchgangsquerschnitt, anderseits durch Messblendenaustausch möglich.
Der Austausch der Rückführfeder bzw. der Messblende sind sehr zeitaufwendig, wobei für den Messblenden- austausch zusätzliche Absperrorgane erforderlich sind, Blenden mit veränderbaren Durchgangsquerschnitten hingegen ausserordentlich teuer. Auch erscheint die bei bekannten Einrichtungen gebräuchliche
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
anordnungen der vorbeschriebenen Art verbesserungsbedürftig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Ventilanordnung zum Regeln des Massestromes strömender Medien, die im Aufbau einfach und kompakt, darüberhinaus im Vergleich zu bekannten Einrichtungen billig herstellbar sein soll. Zudem soll das zu schaffende Regelventil eine Sollwerteinstellung in weiten Grenzen ermöglichen, ohne dass hiefür Bauteile des Ventiles oder der Messblendenanordnung ausgetauscht werden müssten.
Ausgehend von dem bekannten Regelventil der eingangs genannten Art mit einem Ventilsitz, einem damit zusammenwirkenden Ventilkegel und einer mit dem Ventilkegel zu dessen Betätigung in Wirkverbindung stehenden Steuermembran od. dgl., deren eine Seite mit vor und deren andere Seite mit hinter dem Ventilsitz abgegriffenem Strömungsmitteldruck beaufschlagbar ist, ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Ventilsitz als Messblende mit einstellbarem Durchströmquerschnitt ausgebildet ist. Dies kann durch eine einstellbare Drossel gewährleistet sein, die auf der dem Ventilkegel gegen- überliegenden Seite des Ventilsitzes angeordnet ist. Die Drossel kann ein vorzugsweise flacher Teller auf der Zuströmseite des Ventilsitzes sein, der zusammen mit dem Ventilsitz einen z.
B. spaltförmigen Durchströmquerschnitt bildet und zur Einstellung dieses Durchströmquerschnittes verstellbar ist.
Die Verstellung des Tellers kann z. B. mittels einer Gewindespindel mit Einstellmutter oder in sonst geeigneter Weise erfolgen, gegebenenfalls auch unter Zwischenschaltung von Servoeinrichtungen, z. B. eines in der Drehrichtung umsteuerbaren Motors, eines hydraulischen Betätigungskolbens od. dgl. Insbesondere ist es möglich, die Betätigung des Tellers zum Zwecke der Blendenquerschnittsänderung durch Fernbedienung auszulösen, wobei natürlich auch die jeweilige Stellung des Tellers bzw. der Einstellspindel an einer entfernten Stelle angezeigt werden kann, z. B. mittels eines mit der Einstellspindel verbundenen Potentiometers, welches ein entfernt angeordnetes Anzeigeinstrument steuert. Die zuletzt genannte Lösung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Regelventil an einer unzugänglichen oder zumindest schlecht zugänglichen Stelle eingebaut werden muss.
Lediglich der Vollständigkeit wegen sei noch darauf hingewiesen, dass auch die Möglichkeit besteht, die Drosselbetätigung zur Veränderung des Messblendenquerschnittes z. B. durch Verwendung eines Stellmotors in einen Regelkreis einzubetten.
Es ist schon ein Regelventil bekannt geworden, dessen Ventilkegel mit einer durch Differenzdruck beaufschlagbaren Membran, die gleichzeitig als Federelement ausgebildet ist, in Wirkverbindung steht und in Abhängigkeit von der Membranbeaufschlagung einstellbar ist. Der Erfindungsgegenstand unterscheidet sich demgegenüber durch die Veränderbarkeit des Durchströmquerschnittes des als Messblende ausgebildeten Ventilsitzes.
Der Abgriff der Strömungsmitteldrücke zur Beaufschlagung einer mit dem verstellbaren Ventilkegel verbundenen Steuermembran od. dgl. erfolgt dabei unmittelbar vor und im Ventilsitz. Hiedurch wird eine ausserordentlich kompakte Bauweise der Ventilanordnung erreicht. An Stelle einer Steuermembran kann natürlich auch ein Steuerkolben zur Ventilkegelbetätigung in Abhängigkeit von dem an der Messblende auftretenden Differenzdruck verwendet werden, wobei sich jedoch die Steuermembran durch im wesentlichen reibungsfreie Bewegbarkeit auszeichnet. Die Ventilkegelbetätigung kann auch durch Servoeinrichtungen erfolgen, die in Abhängigkeit vom Differenzdruck gesteuert werden.
In weiterer und zweckmässiger Ausgestaltung ist die Erfindung durch eine als Steuerleitung ausgebildete Verbindung zwischen der Abströmseite des als Messblende dienenden Ventilsitzes und der einen Membranseite zur Übermittlung des abströmseitig an der Messblende abgegriffenen Strömungsmitteldruckes gekennzeichnet. Es können z. B. die Mittel zur Verbindung des Ventilkegels mit der Steuermembran oder die Mittel zur Verbindung des Membrangehäuses mit dem Ventilgehäuse als Steuerleitung zur Übertragung des unmittelbar hinter der Messblende abgegriffenen Strömungsmitteldruckes auf die eine Membranseite ausgebildet sein, wobei die dem Ventilsitz zugewendete Fläche des Ventilkegels in an sich bekannter Weise wenigstens eine mit dieser Steuerleitung in Verbindung stehende Durchgangsbohrung aufweisen kann.
Hiedurch entfällt die Anordnung einer zusätzlichen Leitung zur Übertragung des unmittelbar im bzw. hinter dem als Messblende dienenden Ventilsitz abgegriffenen Strömungsmitteldruckes zu der entsprechenden Membranseite.
In gleichfalls weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in an sich bekannter Weise das mit der Steuermembran verbundene Rückführorgan eine gegebenenfalls in ihrer Vorspannung einstellbare Feder sein.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand beispielsweiser Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
Fig. l zeigt das Regelventil mit dem als Messblende dienenden Ventilsitz im Schnitt und Fig. 2 das gleiche Ventil mit einer schematisch angedeuteten Fernbedienung und Fernanzeige für die Drosselverstellung.
Das in Fig. l dargestellte Regelventil besteht im wesentlichen aus dem eigentlichen Ventilgehäuse 1 mit dem Ventilsitz 2, dem in herkömmlicher Weise zu dem Ventilsitz verschiebbar gelagerten Ventilkegel 3, der in der dargestellten Form druckentlastet ist, der über ein Gestänge 4 mit einer in noch näher zu beschreibender Weise durch Differenzdruck beaufschlagbaren Membran 5, die von einem Membrangehäuse 6 umschlossen ist, in Verbindung steht. Auf der dem Ventilkegel 3 gegenüberliegenden Seite des Ventilsitzes 2 ist eine z. B. als flacher Teller 7 ausgebildete Drosselscheibe angeordnet, die mittels einer Spindel 8 einstellbar und am Ventilgehäuse 1 gelagert ist.
<Desc/Clms Page number 3>
Die folgende Erläuterung des Ausführungsbeispiels gemäss der Erfindung erfolgt unter der Voraussetzung, dass ein durch das Regelventil strömendes Medium hinsichtlich seines in der Zeiteinheit durchgesetzten Massenstromes bzw. seiner Strömungsgeschwindigkeit konstant zu halten ist. Das Medium tritt durch den Einlass 9 in das Regelventil ein, durchströmt den Ventilsitz 2 und verlässt das Ventil durch den Ausgang 10. Wie der Figur entnommen werden kann, ist der Teller 7 in einem mehr oder weniger grossen Abstand von der Oberseite des Ventilsitzes 2 einstellbar. Hiedurch wird eine im Querschnitt veränderliche, einen ringspaltartigen Durchströmquerschnitt aufweisende Messblende geschaffen. Der nach unten gerichtete Teil des Ventilsitzes arbeitet in üblicher Weise mit dem als Absperrorgan wirkenden Ventilkegel 3 zusammen.
Von dem Ventileinlass 9 aus führt eine Steuerleitung 11 zu dem Membrangehäuse 6 und mündet in den Baufschlagungsraum 12 ein.
Durch diese Steuerleitung hindurch erfährt die Membran 5 eine einseitige Druckbeaufschlagung mit dem vor der Messblende abgegriffenen Strömungsmitteldruck, der eine Verschiebung der Membran und damit unter Vermittlung des Betätigungsgestänges 4 eine Verschiebung des Ventilkegels in Richtung auf dessen Schliesslage herbeiführt.
Die andere Seite der Membran 5 erhält ihre Druckbeaufschlagung aus dem Druckraum 13 des Membrangehäuses, der über eine Steuerleitung 14 mit der Abströmseite des als Messblende dienenden Ventilsitzes 2 in Verbindung steht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gehäuseglieder zwischen der Membran 5 und dem Ventilkegel3 als Steuerleitung 14 ausgebildet, und die dem Ventilsitz zugewendete Fläche 15 des Ventilkegels weist Durchgangsbohrungen 16, 17 auf. Der Ventilkegel3 ist im vorliegenden Fall als Hohlkörper in der Art eines Kolbens ausgeführt, so dass der am Ventilsitz 2 abströmseitig abgegriffene Strömungsmitteldruck sich durch die Bohrungen 16, 17, den Ventilkegelhohlraum und die Steuerleitung 14 hindurch in den Druckraum 13 des Membrangehäuses 6 fortsetzen und die Membran 5 einseitig beaufschlagen kann.
Auf diese Weise unterliegt die Steuermembran 5 einer Differenzdruckbeaufschlagung.
Das zur Verbindung des Ventilkegels 3 mit der Membran 5 dienende Gestänge 4 erstreckt sich durch einen am Ventilkörper 1 angeordneten hutförmigen Gehäuseteil 20 hindurch, der neben der Stangendurchführung einige (nicht näher bezeichnete) Durchgangsbohrungen für die Übermittlung des hinter der Messblende abgegriffenen Strömungsmitteldruckes aufweist. Das Gestänge 4 besitzt an seinem unteren Ende einen Teller 21. Zwischen dem hutförmigen Gehäuseteil 20 und dem Teller 21 des Gestänges 4 ist eine Rückstellfeder 22 angeordnet. Die Membran 5 trägt eine sich bis zur Anlage an den Teller 21 des Gestänges 4 erstreckende Betätigungsstange 23, deren am Teller 21 anliegender Abschnitt pilzförmig nach Art eines Stösselkopfes 24 ausgebildet ist.
Insoweit können von der Membran 5 auf den Ventilkegel 3 nur Verschiebekräfte im Sinne einer Schliessbewegung des Ventilkegels gegen die Wirkung der Feder 22 übertragen werden. Die Ventilkegelrückstellung in ihre Öffnungslage bewirkt die genannte Rückstellfeder 22.
Auf der von der Betätigungsstange 23 der Membran 5 gegenüberliegenden Seite erstreckt sich von der Membran ein Einstellgestänge 26 fort, welches das Membrangehäuse 6 durchgreift und an dem von der Membran abgewendeten Ende einen Gewindeteil 27 trägt. Auf der Einstellstange 26 ist eine Schraubenfeder 28 angeordnet, die sich einerseits an dem Membrangehäuse 6 im Bereich der Stangendurchführung, anderseits an einer auf dem Gewindeteil 27 angeordneten Einstellmutter 29 abstützt.
Wie der Zeichnung unmittelbar entnommen werden kann, erfolgt durch Drehung der Einstellmutter 29 auf dem Gewindeteil 27 eine Veränderung der Vorspannung der Schraubenfeder 28 und damit eine Ver- änderung der Sollwerteinstellung des Regelventiles. Die Beaufschlagung der Membran 5 mit dem abströmseitig vom Ventilsitz 2 abgegriffenen Strömungsmitteldruck im Druckraum 13 und die Kraftwirkung der auf der Einstellstange 26 angeordneten Schraubenfeder 28 erfolgen gleichsinnig, wogegen die Membranbeaufschlagung mit dem vor der Messblende abgegriffenen Strömungsmitteldruck im Druckraum 12 diesen Kraftwirkungen entgegengerichtet wirkt. An Stelle der gewählten Einstellfeder 28 ist die Sollwerteinstellung auch durch ein auswechselbares Gewicht, das z.
B. direkt oder unter Zwischenschaltung eines zweiarmigen Hebels bzw. eines Übertragungsgestänges an dem Einstellgestänge 26 der Membran 5 angreifen kann, möglich. Die Grösse der möglichen Sollwertverstellung ist einerseits vom auswertbaren Differenzdruck, der in der oben beschriebenen Weise durch Strömungsdruckabgriff vor und hinter der Messblende gebildet wird, anderseits von der Grösse der Membran abhängig.
Um den an der Messblende abgreifbaren Differenzdruck innerhalb bestimmter Grenzen variierbar zu machen, ist die oben bereits beschriebene Drosselanordnung 7, 8 auf der dem Ventilkegel 3 gegenüberliegenden Seite des Ventilsitzes 2 vorgesehen. Das Betätigungsgestänge 8 des Tellers 7 ist zu diesem Zweck mit einem Gewindeteil 30 versehen, der mit einer mit dem Ventilgehäuse 1 verbundenen Mutter zusammenwirkt. Um eine schnelle Überprüfung der jeweiligen Stellung des Tellers 7 zu ermöglichen, kann der Gewindeteil 30 eine geeichte Skala aufweisen bzw. mit einer am Ventilgehäuse angeordneten Skalierung zusammenwirken.
Sowohl der Gewindeteil 27 der Einstellstange 26, als auch der Gewindeteil 30 der Betätigungsstange 8 für den einstellbaren Teller 7 ist im Bereich der jeweiligen Stangendurchführungen entweder abgedichtet oder mittels (in der Zeichnung dargestellter, jedoch nicht näher bezeichneter) Kappen strömungsmitteldicht abgedeckt.
In Fig. 2 ist eine mögliche Ausführungsform für eine Fernbedienung und Fernanzeige der Drosselstelleneinstellung zur Veränderung des Messblendenquerschnittes dargestellt. Zweckmässigerweise erfolgt in diesem Falle die Betätigung des einstellbaren Tellers 7 mittels eines in der Drehrichtung umsteuerbaren
<Desc/Clms Page number 4>
Elektromotors 32, der durch einen entfernt angeordneten Handschalter 33, der über die Leitung 34 mit dem Motor verbunden ist, betätigt werden kann. Weiterhin veranschaulicht diese Figur ein vom Regelventil entfernt angeordnetes Anzeigeinstrument 35, das mit der Einrichtung zur Verstellung des Tellers der Drosselstelle über eine Leitung 36 verbunden ist.
Die für die Fernanzeige erforderliche Übermittlung der Daten kann an sich in beliebiger Weise erfolgen, zweckmässig ist jedoch die Verwendung eines Potentiometers, das mit der Betätigungsstange 8 bzw. mit dem auf dieser angeordneten Gewindeteil in bekannter Weise zusammenwirkt. An Stelle des von Hand zu bedienenden Schalters 33 kann der Impuls zum Verstellen des Tellers 7 der Drossel, d. h. zum Verändern des an der Messblende abgreifbaren Differenzdruckes, auch durch eine auf Druck, Menge, Zeit od. dgl. abgestimmte vollautomatische Programmregelung erfolgen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ventil zum Regeln des Massenstromes strömender Medien, mit einem Ventilsitz, einem damit zusammenwirkenden Ventilkegel und einer mit dem Ventilkegel zu dessen Betätigung in Wirkverbindung stehenden Steuermembran od. dgl., deren eine Seite mit vor und deren andere Seite mit hinter dem Ventilsitz abgegriffenem Strömungsmitteldruck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventil-
EMI4.1