DE2142394B2

DE2142394B2 - Expansionsrohrventil

Info

Publication number: DE2142394B2
Application number: DE2142394A
Authority: DE
Inventors: Charles C. San Anselmo Calif. Gerbic (V.St.A.)
Original assignee: Grove Valve And Regulator Co Oakland Calif (vsta)
Current assignee: Grove Valve And Regulator Co Oakland Calif (vsta)
Priority date: 1970-10-16
Filing date: 1971-08-24
Publication date: 1978-09-21
Also published as: FR2111062A5; US3669142A; JPS5321123B1; DE2142394C3; CA940009A; DE2142394A1; GB1349898A; GB1349899A

Description

Die Erfindung betrifft ein Expansionsrohrventil mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Gehäuse, einem im Gehäuse angeordneten hohlzylindrischen Sperrkörper, der eine den Durchgang sperrende Mittelwand sowie vor und hinter der Mittelwand öffnungen in seiner Umfangswand aufweist, einem elastischen, dehnbaren Rohr, durch das der Sperrkörper dichtend umschließbar ist und das an seinen Enden im Gehäuse dicht gehalten ist, einer das elastische Rohr umgebenden Steuerkammer, die über eine erste Leitung mit der Einlaßseite des Expansionsrohrventils in Verbindung steht, und mit einem Steuerventil, dessen Einlaß mit dieser ersten Leitung und dessen Auslaß über eine zweite Leitung mit der Auslaßseite des Expansionsrohrventils in Verbindung steht.

Nachteilig bei einem derartigen, aus der US-PS 50 607 bekannten Expansionsrohrventil ist, daß die Entlüftungsleitung in einen Rohrabschnitt stromabwärts des ExDansionsrohrventils mündet, in welchem der Druck relativ hoch ist, so daß die Entlüftung der Steuerkammer eine längere Zeit benötigt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Expansionsrohrventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine schnellere Entlüftung der Steuerkammer als bisher erzielt wird.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die zweite Leitung an ihrer Mündung in das Gehäuse an ein Entlüftungsrohr angeschlossen ist, das sich im

ίο Gehäuse stromaufwärts in Richtung zum Sperrkörper bis zu einer Zone erstreckt, in der der statische Druck kleiner ist als der auslaßseitige statische Druck.

Durch die Verwendung des Entlüftungsrohres kann die Steuerkammer sehr schnell entlüftet werden, da die Mündung des Entlüftungsrohres in einer Zone des Ventils liegt, in der der statische Druck relativ niedrig ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der F i g. 1 im Schnitt ein Expansionsrohrventil zeigt. F i g. 2 zeigt in Form eines Schaubildes die Arbeitsweise des Ventils nach F i g. 1.

Das Expansionsrohrventil 10 hat ein im allgemeinen zylindrisches Gehäuse 12, das einen anströniungsseitigen Flansch 14 mit einem Einlaß 16 aufweist. Mit dem abströmungsseitigen Ende des Gehäuses 12 ist mittels Schrauben 17 ein Flansch 18 befestigt, der einen Auslaß 20 und einen abströmungsseitigen Flansch 21 aufweist, der zum Anschluß einer Rohrleitung 22 dient. Ein Sperrkörper 23 ist im Gehäuse 12 innerhalb kreisförmiger Ausnehmungen 24 und 26 angeordnet. Der Sperrkörper 23 hat eine Mittelwand 28, die sich vollständig quer über die Innenseite des Sperrkörpers 23 erstreckt und eine zylindrische äußere Dichtfläche 29 aufweist, um eine direkte Durchströmung des Mediums zu verhindern, aber eine Strömung um den Sperrkörper durch eine Reihe im Abstand voneinander angeordneter

«ο einlaß- und auslaßseitiger Schlitze oder öffnungen 30 und 32 zu ermöglichen, die mit Rippen 34 abwechseln. Die Rippen 34 und der zentrale Sperrkörper 23 sind normalerweise bündig durch ein dehnbares Rohr 40 umfaßt, das einen nach innen gerichteten Flansch 42, der zwischen dem Sperrkörper 23 und dem Gehäuse 12 eingeklemmt und dort abgedichtet ist, sowie einen nach auswärts gerichteten Flansch 44 aufweift, der zwischen dem Gehäuse 12 und dem Flansch 18 eingeklemmt ist.

Neben den öffnungen 30 ist die Innenfläche des

so Gehäuses 12 bei 46 nach außen angeschrägt, um eine zentrale Steuerkammer 47 zu bilden, die durch den größeren Durchmesser der zylindrischen Innenfläche 48 bestimmt wird. Ein Steuermedium kann durch eine Leitung 51, 50 zu der Steuerkammer 47 vom Einlaß 16 über eine Drossel 52 zugeführt werden. Im Betrieb verstärkt daher der Druck in der Steuerkammer 47 die Mantelspannung in dem elastischen Rohr 40, um normalerweise gegen den zentralen Sperrkörper 23 abzudichten und jeglichen Medienstrom um diesen herum zu verhindern. Fällt jedoch der Druck des Mediums in der Steuerkammer 47 soweit, daß der Innendruck die Rohrspannung überwindet, so wird das Rohr 40 von der Dichtfläche 29 abgehoben, worauf das Medium durch die öffnungen 30 um den Sperrkörper 23

und dann durch die öffnungen 32 zum Auslaß 20 strömt.

Bei der Verwendung in Gassystemen wird die

Innenfläche des Gehäuses 12 dadurch abgewandelt, daß eine Sperrhülse 54 verwendet wird, die im Durchmesser

gerade etwas größer als das dehnbare Rohr 40 ist und sich in Achsrichtung weit über die Abströmseite des Sperrkörpers 23 erstreckt. Das heißt, daß ein wesentlicher Teil des dehnbaren Rohres 40 an der Auslaßseite des Sperrkörpers von der Sperrhülse 54 umgeben ist. Die Sperrhülse dämpft Vibrationen de> Rohres 40. Am Einlaß der Leitung 50, der sich zur Sperrhülse 54 öffnet, ist eine Aussparung 56 angeordnet, so daß das Medium auch dann in die Steuerkammer 47 eintreten kann, we nn das Rohr 40 sich an die Sperrhülse 54 angelegt hat.
Es ist ein Steuerventil 58 vorgesehen, dessen Einlaß

59 an die Leitung 50 und dessen Auslaß an eine Leitung

60 angeschlossen ist, deren Mündung 62 sich zum Flansch 21 des Gehäuses öffnet. Das Steuerventil ist abhängig vom stromabwärtigen Druck Pi in der Rohrleitung 22, der über eine Leitung 64, 84a auf eine Membran 65 wirkt, wodurch diese entgegen einer Feder 66 beaufschlagt wird, die bei 68 auf einen vorherbestimmten Druck einstellbar ist.

Mit dem auf dem gewünschten Pegel befindlichen stromabwärtigen Druck Pi befindet sich das Rohr 40 in seiner in Fig. 1 gezeigten Stellung, in der die Steuerkammer 47 über die Leitung 50, 51 mit dem stromaufwärtigen Druck P\ belastet ist, der den Druck im Einlaß 16 ausgleicht. In diesem Zustand reicht die Mantelspannung des Rohres 40 aus, um eine Dichtung zu erzielen und den Stromdurchfluß vom Einlaß 16 zum Auslaß 20 zu sperren.

Falls der stromabwärtige Druck P₂ unter den durch das Steuerventil 58 eingestellten, vorbestimmten Pegel absinkt, wird die Kraft gegen die Membran 65 durch die Feder 66 überwunden, wodurch das Steuerventil 58 geöffnet und die Steuerkammer 47 über die Leitungen 50 und 60 zur Mündung 62 im Auslaß 20 entlüftet wird. Während sich dies ereignet, verhindert der Druckabfall an der variablen Drossel 52 in der Leitung 51 die Druckbeaufschlagung der Steuerkammer 47 so lange wie in den Leitungen 50, 59 eine Strömung stattfindet. Sobald der stromabwärtige Druck P₂ den gewünschten Pegel erreicht hat, überwindet die Kraft gegen die Membran die Feder 66, um das Steuerventil 58 zu schließen. Danach erhöht das durch die Drossel 52 strömende Medium allmählich den Druck in der Steuerkammer 47 zum Ausgleich mit demjenigen im Einlaß 16, worauf das Rohr 40 sich wieder dicht an den Sperrkörper 23 anlegt.

Es wurde festgestellt, daß insbesondere mit hoher Geschwindigkeit radial nach einwärts durch die öffnungen 32 strömendes Medium den abstromseitigen statischen Druck P_z in der Nähe der Mittelwand des Sperrkörpers 23 gegenüber dem in den übrigen abstromseitigen Bereichen herrschenden statischen Druck Pi erniedrigt. Es ist daher ein Entlüftungsrohr 70 an die Mündung 62 angeschlossen, das sich von dort stromaufwärts auf der Achse des Auslasses 20 in eine Zone nahe der Radialebene der Eintrittsenden der stromabwärtigen öffnungen 32 erstreckt. Mit dem derart angeordneten Entlüftungsrohr wird der Druckabfall zwischen der Steuerkammer 47 und der Niederdruckzone P₁ nahe der Mündung 72 des Entlüftungsrohres 70 ohne Abblasen zur Atmosphäre optimiert. Dieser hohe Druckabfall erleichtert eine wirksamere Entlüftung der Steuerkammer 47, wodurch ein stärkerer Druckabfall zwischen dem stromaufwärtigen Druck und demjenigen in der Steuerkammer 47 erzeugt wird, um eine voile Ausdehnung des Rohres 40 zu ermöglichen. Dies bewirkt eine zusätzliche Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit um den Sperrkörper 23. In Fig. 2 ist ein Diagramm dargestellt, das den verbesserten Betrieb mit dem Enflüftungsrohr 70 zeigt. Die Kurve A von Fig. 2 zeigt die Verminderung des Steuerdrucks mit der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit, gemessen beispielsweise in m³/h, mit einem konstanten Einlaßdruck P₁. Die Kurve B zeigt die verbesserte Leistung mit dem Entlüftungsrohr 70. Ein Vergleich der Kurven Λ und B zeigt, daß bei einem minimal tolerierbaren Auslaßsteuerdruckpegel (Pi min), der während des gesamten Vorgangs gleich gehalten oder vergrößert werden sollte, die Strömungskapazität bei Verwendung des Entlüftungsrohres 70 fast verdoppelt wird. Beispielsweise kann bei einer speziellen Installierung nicht mehr als 15% Druckabfall von dem gewünschten Steuerdruck Piop- toleriert werden und bei dem konventionellen Unterstromentlüften ergibt sich dieser Druckabfall bei einer Strömung von 6 V? Einheiten. Versuche haben gezeigt, wie auf dem Diagramm von F i g. 2 dargestellt, daß mit dem Entlüftungsrohr 70 13 Medienströmungseinheiten erreicht werden können, ehe ein 15°/oiger Abfall des Auslaßdruckes Pi auftritt.

Wenn eine Entlüftung zur Atmosphäre zulässig ist, ist eine beträchtliche Betriebsflexibilität durch Hinzufügen eines zweiten Steuerventils 74 mit einem Auslaß 76 möglich, der zur Atmosphäre geöffnet ist, und mit einem Einlaß 78, der mit dem Auslaß des ersten Steuerventils 58 verbunden ist. Ein Rückschlagventil 80 ist in der Leitung 60 vorgesehen, um einen Rückfluß vom Entlüftungsrohr 70 zu verhindern. Wie beim ersten Steuerventil 58, stellt das zweite Steuerventil 74 den stromabwärtigen Druck über eine Leitung 64,64i fest.

Das zweite Steuerventil 74 kann auf einen Druckpegel eingestellt werden, der sich etwas unterhalb jenes des ersten Steuerventils 58 befindet, so daß dann, wenn der Druck Pi unter einen Pegel fällt, der wirksam mit dem Entlüftungsrohr 70 kompensiert werden kann, eine Entlüftung zur Atmosphäre schaltbar ist. In diesem FaI! öffnet auch das zweite Steuerventil 74 und die Steuerkammer 47 wird durch die Leitung 50, das noch geöffnete Steuerventil 58, die Leitung 78 und durch das Steuerventil 74 zum Atmosphären-Auslaß 76 entlüftet.

In F i g. 2 zeigt das Diagramm am Zusammentritt der Kurven B und C, wie durch die Verwendung des Steuerventils 74 und die Entlüftung zur Atmosphäre das System verbessert wird. Dort folgt der Druck Pi der

so Kurve B gerade soweit bis der minimale Druck Pi min erreicht ist. Danach wird das Steuerventil 74 wirksam und der Druck Pi folgt der Kurve C auf einem ausgedehnten, im wesentlichen unverminderten Pegel bis beinahe 18 Medienstromeinheiten erreicht sind und dann setzt sich der Abfall fort, um auf den Minimalpegel P₂ min erst dann zu fallen, wenn eine Strömung von 18 V2 Einheiten erreicht ist.

Falls das atmosphärische Entlüften nicht zulässig sein sollte, kann das Steuerventil 74 so eingestellt werden,

bo daß es überhaupt nicht öffnet. Umgekehrt kann das Steuerventil 74, wenn ausschließlich eine atmosphärische Entlüftung bevorzugt wird, so eingestellt werden, daß es zuerst öffnet. Wenn daher das erste Steuerventil 58 bei dem eingestellten Druck öffnet, würde durch das

0"> offene zweite Steuerventil 74 zur Atmosphäre entlüftet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Expansionsrohrventil mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Gehäuse, einem im Gehäuse angeordneten hohlzylindrischen Sperrkörper, der eine den Durchgang sperrende Mittelwand sowie vor und hinter der Mittelwand öffnungen in seiner Umfangswand aufweist, einem elastischen, dehnbaren Rohr, durch das der Sperrkörper dichtend umschließbar ist und das an seinen Enden im Gehäuse dicht gehalten ist, einer das elastische Rohr umgebenden Steuerkammer, die über eine erste Leitung mit der Einlaßseite des Expansionsrohrventils in Verbindung steht, und mit einem Steuerventil, dessen Einlaß mit dieser ersten Leitung und dessen Auslaß über eine zweite Leitung mit der Auslaßseite des Expansionsrohrventils in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung (60) an ihrer Mündung (70) angeschlossen ist, das sich im Gehäuse stromaufwärts in Richtung zum Sperrkörper (23) bis zu einer Zone erstreckt, in der der statische Druck P_z) kleiner ist als der auslaßseitige statische Druck (P2).

2. Expansionsrohrventil nach Anspruch 1, wobei die Öffnungen in der Umfangswand des Sperrkörpers als Längsschlitze ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (72) des Entlüftungsrohres (70) im Bereich der Radialebene der anströmseitigen Enden der auslaßseitigen Längsschlitze (32) liegt.

3. Expansionsrohrventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (72) des im wesentlichen axial verlaufenden Teiles des Entlüftungsrohres (70) etwa auf der Mittelachse des Sperrkörpers (23) liegt.

4. Expansionsrohrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zweites Steuerventil (74), dessen Einlaß (78) an den Auslaß des ersten Steuerventils (58) angeschlossen ist und dessen Auslaß (76) sich zur Atmosphäre öffnet.

5. Expansionsrohrventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Leitung (60) ein Rückschlagventil (80) angeordnet ist, das einen Rückfluß vom Entlüftungsrohr (70) her sperrt.