DE2448086B2 - Vorrichtung zur Verringerung von Überdrücken bei Schnellabschaltung von strömenden Gasen - Google Patents

Description

und zusätzlicher Leitungen erforderlich. Dies führt zu einem aufwendigen Regelsystem mit zusätzlichen Kosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgeschlagene Vorrichtung so zu verbessern, daß deren Konstruktion, Funktion und Montage vereinfacht werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß cbr Druckminderer und der Strahlsauger als eine Baueinheit ausgebildet sind und daß die düsenartige Verengung des Strahlsaugers zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilteller angeordnet ist, wobei Ventilsitz und Ventilteller derart gestaltet sind, daß sie einen zunächst konvergierenden und dann divergierenden Spalt bilden.

Der Erfindungsgegenstand führt zu einer Vereinfachung des baulichen Aufwandes aufgrund des Ersatzes eines äußeren Strahlsaugers durch die innerhalb des Druckminderers untergebrachte besondere Konstruktion von Ventilsitz und Ventilteller. In Wegfall geraten ein besonderer Strahisauger, Eingangs- und Ausgangsleitungen des Strahlsaugers, Einlaßventil vor dem Strahlsauger sowie die elektrische oder hydraulische Steuerung des Einlaßventils durch das Steuergerät der Absperrvorrichtung in der Hauptleitung. Die Funktion des Einlaßventils wird durch diejenige des Druckminderers selbst ersetzt, der unmittelbar auf das System Ventilsitz/Ventilteller einwirkt, um dadurch ein Offnen oder Schließen zum erforderlichen Zeitpunkt herbeizuführen. Ein solcher Druckminderer, der mit dieser besonderen Konstruktion von Ventilsitz und Ventilteller ausgestattet ist, wird nachfolgend der Einfachheit halber als Baueinheit von Druckminderer und Strahlsauger bezeichnet :is

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele in den F i g. 1 bis 3 näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema,

Fig.2 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit besonders kurzer axialer Baulänge und

Fig.3 einen Axialschnitt durch eine koaxiale Anordnung von Druckminderer und Strahlsauger.

Gemäß F i g. 1 dient die Vorrichtung zum Einbau in eine Hauptleitung 1, durch die ein Heizgas einem Brenner 2 zugeführt wird, der zu einer nicht dargestellten Heizanlage gehört Aut seinem Weg durch die Hauptleitung 1 durchströmt das Gas in der durch den Pfeil 3 angedeuteten Richtung ein Sicherheitsventil 4, einen Druckminderer 5, der mit dem Strahlsauger baulich vereint ist und ein Magnetventil 6. Ein hohler, geschlossener Speicherbehälter 7, der ein definiertes Volumen besitzt, ist Ober eine Leitung 8 an den mit dem Druckminderer 5 vereinten Strahlsauger angeschlossen.

In F i g. 2 besteht der dort dargestellte Druckminderer 5 im wesentlichen aus einem Gehäuse 5a von kreisförmigem Querschnitt, das durch eine querliegende Trennwand Sz in je einen Bereich vor und hinter dem Druckminderer unterteilt ist wobei der Bereich hinter dem Druckminderer derjenige ist in dem der Druck geregelt wird. Diese Regelung wird mittels eines Spaltes von veränderlicher Breite bewirkt der von einem kreisförmigen Ventilsitz Sb und einem gleichfalls kreisförmigen, beweglichen Ventilteller 5c begrenzt wird, dessen Lageveränderung mittels einer Ventilstange 5t/ herbeigeführt "/ird, die mit einem Steuergerät des Druckminderers verbunden ist Der Ventilsitz Sb ist mit dem Gehäuse 5z verschnaibt

Der Ventilsitz 5b und der Ventilteller 5c sind in Form einander gegenüber liegender Konen 5Λ und 5g in der Weise bearbeitet, daß sie in einer radialen Schnittebene und im Sinne der Pfeile !0 der Gasströmung eine zunächst konvergierende, danach divergierende, ringförmige Venturi-Anordnung bilden, deren Kragen durch die seitliche Oberfläche 5/eines Zylinders gebildet wird, wobei die Basis einerseits der kreisförmige, äußere Anschlag 5f des Ventilsitzes 5b und andererseits der Kreis ist, der vom Umfang 5e der Ventildichtung gebildet wird, an welcher der Anschlag 5/ zur Anlage kommt wenn das Ventil geschlossen ist

Unmittelbar jenseits des ringförmigen Anschlages 5f, d. h. der Berührungsstelle zwischen dem Ventilsitz 5b und dem Ventilteller 5c, ist ein ringförmiger Kanal 5} in Form eines Kreisringes angeordnet in den das Ende 8a der Leitung 8 mündet Der ringförmige Kanal 5j wird einerseits durch den Ventilsitz 5b und andererseits durch eine kreisförmige Ablenkplatte 5Jt begrenzt, in welcher mehrere radiale Kanäle 5/ eingearbeitet sind. Die Form der kreisförmigen A'bleri-,-platte 5Jt ist unter anderem in der Weise gewählt dali einerseits der divergierende Teil der Venturi-Anordnung entsteht und daß andererseits das Ausströmen der Gase nach ihrem Durchtritt durch die Venturi-Anordnung nicht behindert V"^;rd, die hierbei gleichzeitig die Rolle des Strahlsaugers und des Druckminderers in der dargestellten Lage des Ventiltellers 5c spielt

Der Strahlsauger erstreckt sich im vorliegenden Falle beiderseits einer radialen Ebene, die sich rechtwinklig zur Ventilstange 5d erstreckt wobei die Ebene die Symmetrieebene des Spaltes zwischen dem Ventilsitz 5/3 und dem Ventilteller 5c ist

Das beschriebene Ausführungsbeispiel hat folgende Wirkungsweise: Wenn der Brenner 2 in Beirieb ist, sind der Druckminderer 5 und die Ventile 4 und 6 geöffnet so daß das Gas in Richtung des Pfeils 3 durch den Strahlsauger strömt der durch den Ventilsitz 5b, die Ablenkplatte 5k und den Ventilteller 5c de> Druckminderers 5 gebildet wird. Dabei ruft das Gas am Kragen der Venturi-Anordnung 5e bzw. 5/ einen Unterdruck her /or, der sich durch den ringförmigen Kanal Sj und die Leitung 8 bis zum Speicherbehälter 7 fortpflanzt. In dessen Innerem bildet sich dadurch ein teilweises Vakuum aus. Beim Schließen des Magnetventils 6 wird der Druckanstieg, der in dem Teilstück der Hauptleitung hinter dem Druckminderer 5 aufgrund von dessen verzögerter Schließbewegung entsteht, durch das teilweise Vakuum im Speicherbehälter 7 kompensiert, der in Abhängigkeit von den physikalischen Daten des Systems genau dimensioniert worden ist Das Volumen des Speicherbehälters 7 richtet sich nach den Kenndaten des Druckminderers 5, des Magnetventils 6, nach d*n V^umen der verschiedenen Leitungen bzw. Kanäle und nach dem Druck des ausströmenden Gases sowie nach dem Druck des Gases im Speicherbehälter 7. Das Volumen wird mittels einer bekannten Formel bestimmt. Wegen der Lage des ringförmigen Kanals 5j im Verhältnis zum Ventilteller 5c und der Dichtung 5e des Ventiltellers 5c befindet sich der Speicherbehäher in dauernder Verbindung mit dem Abschnitt der Hauptleitung zwischen dem Druckminderer 5 uivd dem Magnetventil 6. Beim Wiederöffnen des Magnetventils 6, d. h. beim Inbetriebsetzen des Brenners 2, liegt der Gasdruck sehr nahe bei dem normalen Versorgungsdruck des Gases, so daß der Druckminderer 5 sich schneller wieder öffnet und eine zuverlässige Funktion des Brenners 2 zewährleistet.

Während bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß F i g. 2 das Ausströmen des Gases in der Höhe des Strahlsaugers in radialer Richtung erfolgt, wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 eine Baueinheit aus Druckminderer und integriertem Strahlsauger vorgeschlagen, bei der die Gasströmung im wesentlichen in axialer Richtung verläuft. Das Ausführungsbeispiel besitzt ebenso wie das vorangegangene einen Spalt von veränderbarer Größe für den Durchtritt des Gases.

Der Druckminderer 5 ist in der Hauptleitung I angeordnet und besitzt eine hohle Ventilstange 5c/, die an beiden Enden geschlossen und mit einem herkömmlichen Steuerorgan wie einem Membrankolben 5r, einer Rückstellfeder 5s und einem Führungskreuz 5f verbunden ist. Das Steuersystem des Druckminderers ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird daher nicht im Detail beschrieben. Die Teile vor und hinter der hohlen veränderbaren öffnung des Druckminderers 5. Auf der kleinen Basisfläche des Körpers des Ventiltellers 5c ist beispielsweise mittels eines Gewindes eine koaxiale, verlängerte Spitze 5w befestigt, deren unterer Teil durch einen Kegelstumpf mit schwacher Konizität gebildet wird, und deren Vorderteil aus einer Halbkugel besteht, die sich übergangslos an den Kegelstumpf anschließt. Es ist von Bedeutung, daß die große Basisfläche der Spitze 5 w, die an der kleinen Basisfläche

ίο des Ventiltellers 5cbefestigt isi, kleiner als diese ist. Die Spitze 5iv is't von einem rohrförmigen Teil 5χ umgeben, welches abgedichtet in der Röhre 5v gelagert ist und eine kegelstumpfförmige, koaxiale Bohrung besitzt, die sich in Strömungsrichtung erweitert. Die freien Finden der Röhren !>ound5vsind mit je einem Anschlußflansch 11 zum Zwecke einer Montage des Druckminderers 5 in der Hauptleitung 1 versehen. Die Stirnseite des

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beweglich gelagert, während der mittlere Teil der Ventilstange abgedichtet durch den Zylinder 5q hindurchgeführt ist, in dem der Kolben 5rund die Feder 5s angeordnet sind. Das Innere der hohlen Ventilstange 5c/steht mit den Röhren 5« und 5 ν über Bohrungen 5p in Verbindung. Die Ventilstange 5d trägt an ihrem jenseitigen Ende (in Bezug auf die Gasströmung gemäß dem Pfeil 3) den Ventilteller 5c, der im vorliegenden Falle aus einem Vollkörper mit einem Umriß in Form eines Kegelstumpfes gebildet wird, der konzentrisch zur Achse der Ventilstange 5c/verläuft und dessen kleinerer Teil hinter dem Teil mit dem großen Basisdurchmesser angeordnet ist, wobei dieser Durchmesser mit dem der Ventilstangc 5c/ identisch ist. Der Ventilteller 5c ist von einem Ventilsitz 5b umgeben, der abgedichtet in der Röhre 5»-des Druckminderers 5 angeordnet ist und aus einem Hohlkörper besteht, dessen äußerer Umriß zylindrisch und der Form der Röhre 5ν angepaßt ist, wobei die Bohrung koaxial zur Ventilstange 5c/und zum Ventilteller 5c angeordnet ist und im wesentlichen die gleiche oder eine schwach größere Konizität als der Ventilteller 5c aufweist. Der Ventilsitz 5b umgibt vollständig den Ventilteller 5c. Der axiale Abstand zwischen dem Ventilteller 5c und dem Ventilsitz 5b bestimmt auf diese Weise den Querschnitt der

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5y, an denen die untere Stirnseite des rohrförmigen Teils 5* anliegt. Auf diese Weise wird ein ringförmiger Kanal 5y erzielt, der unmittelbar hinter der Berührungssteüe zwischen dem Ventilsitz 5b und dem Ventilteller 5c liegt und der durch die praktisch seitlichen öffnungen in der hinteren Röhre 5v und die Leitung 8 an den Speicherbehälter 7 angeschlossen ist.

In diesem Fall bietet der koaxial zum Druckminderer 5 verlauf :r.de Strahlsauger dem Gas in der Hauptleitung 1 eine praktisch axiale und außerdem weitgehend geradlinige Strömungsmöglichkeit und wird durch den

so Ventilsitz 5b und den Ventilteller 5c gebildet, die zusammen den konvergierenden Teil des Strahlsaugers bilden. Durch den ringförmigen Spalt zwischen der Spitze 5 w uind den Anschlägen der großen Basisfläche des Ventilsitzes 5b und des rohrförmigen Teils 5x, der den Kragen des Strahlsaugers bildet, sowie durch die Spitze 5w und das rohrförmige Teil 5*, die zusammen den divergierenden Ringspalt darstellen, wird der restliche Teil des Strahlsaugers gebildet. Der Winkel zwischen der Innenfläche des Teils 5* und der Fläche

■tn der Spitze 5 w liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 7 Grad. Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels ist derjenigen des Beispiels gemäß F i g. 2 analog.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

ι 2 PatentansDrüche' wandt, bei denen der Druck des Mediums intermittie- " rend durch ein Absperrventil geregelt wird, welches

1. Vorrichtung zur Verringerung von Überdrük- entweder vollständig geöffnet oder geschlossen ist, wie ken bei Schnellabschaltung von strömenden Gasen, beispielsweise ein Magnetventil. Ein derartiges Ventil wobei die Schnellabschaltung durch eine Absperr- s bzw. eine entsprechende Regelung sind häufig bei vorrichtung wie ein Magnetventil erfolgt, mit einem Gasheizungen anzutreffen. Das Ventil ist hierbei Druckminderer mit einem Ventilsitz, einem Ventil- intermittierend entweder ganz geöffnet oder ganz teller und einer Ventilstange, wobei der Druckmin- geschlossen, außer während der sehr kurzen Zeiten des derer stromaufwärts der Absperrvorrichtung in Obergangs von einer Stellung in die andere. Diese einer Gasleitung angeordnet ist und eine größere io Zeiten der Bewegung bzw. des Hin- und Herspringens Ansprechzeit besitzt als die Absperrvorrichtung, und dauern nur einige hundertste! Sekunden. Das Springen mit einem Strahlsauger, der zwischen dem Druck- findet periodisch statt, wobei das Verhältnis der minderer und der Absperrvorrichtung dauernd an Verweilzeiten in den beiden möglichen Stellungen des die Gasleitung angeschlossen ist und der eine Ventils zum Zwecke einer Durchsatzregelung veränderdüsenartige Verengung mit zunächst konvergieren- is bar ist.

dem und dann divergierendem Durchtrittsquer- Die Versorgung von Gasheizungen erfolgt im schnitt sowie einen im Strahlsauger im Bereich allgemeinen über einen Druckminderer. Hierbei handelt stromabwärts des konvergierenden Querschnitts es sich um eine Vorrichtung, die selbsttätig durch mündenden, mit einem Speicherbehälter verbünde- pneumatische Mittel betätigt wird, und zwar durch nen Kanal aufweist, dadurch gekennzeich- 20 unmittelbare Energieaufnahme aus der Versorgungslein e t, daßoer Druckminderer (5) und der Strahlsau- tung, die nachfolgend als Hauptleitung bezeichnet wird, gcr als eine Baueinheit ausgebildet sind und daß die im Gegensatz zu dem vürsiehcnd beschriebenen düsenartige Verengung des Strahlsaugers zwischen Magnetventil hat der Druckminderer in der Regel eine dem Ventilsitz (Sb) und dem Ventilteller (5c) Ansprechzeit von etwa einer halben Sekunde oder einer angeordnet ist, wobei Ventilsitz und Ventilteller 25 Sekunde für die Ausführung einer Regelhandlung, derart gestaltet sind, daß sie einen zunächst Daraus ergibt sich, daß das Gas beim Schließen des konvergierenden und dann divergierenden Spalt Magnetventils weiterhin in denjenigen Teil der Hauptbilden, leitung strömt, der zwischen dem Druckminderer und

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- dem Magnetventil liegt, und zwar so lange, wie der zeichnet, daß der Strahlsauger sich radial beiderseits 30 Druckminderer für den vollständigen Schließvorgang einer Ebene erstreckt, die rechtwinklig zur Achse benötigt Dieses Gas ruft einen Oberdruck hervor, der der Ventilst.'nge (Sd) verläuft, wobei die Ebene die sehr häufig die Grenze von +15% überschreitet, die Symmetrieebene des Spaltes zwischen Ventilsitz gewöhnlich als maximaler Überdruck für einen befriedi- (5b) und Ventilteller (5c) ist genden Verbrennungsvorgang festgelegt wird, und

3. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekenn- 35 bewirkt ein Auslösen und danach ein Absperren der zeichnet daß der Strahlsauger Koaxial zum Druck- Sicherheitsvorrichtung für den Brenner. Diese Absperminderer (5) ausgerichtet ist rung erfolgt nur zeitweise und gestattet die erneute

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Inbetriebnahme der Vorrichtung, wenn der Überdruck Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der hinter dem Druckminderer nicht mehr besteht Eine Kanal (Sj), der mit dem Speicherbehälter (7) w solche Einrichtung führt selbst bsi einwandfreier verbunden ist, ringförmig ist und unmittelbar Ausführung zu Betriebsstörungen. Bleibt nämlich der stromabwärts der Berührungsstelle zwischen Ventil- Überdruck bestehen, so ist es erforderlich, die sitz(5tyund Ventilteller (Schinden Spalt einmündet Einrichtung durch einen manuellen Eingriff wieder in

Betrieb zu setzen. Beim öffnen des Magnetventils

45 spielen sich andererseits analoge Vorgänge mit

umgekehrtem Vorzeichen ab.
In der DE-OS 24 23 002 wurde zur Lösung des

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Problems bereits eine Vorrichtung der eingangs

Verringerung von Überdrucken bei Schnellabschaltung beschriebenen Gattung vorgeschlagen, bei der in einer

von strömenden Gasen, wobei die Schnellabschaltung 50 By-pass-Leitung, die beiderseits des Druckminderers in

durch eine Absperrvorrichtung wie ein Magnetventil die Hauptleitung mündet, eine Einrichtung für die

erfolgt, mit einem Druckminderer mit einem Ventilsitz, Verringerung des durch das Schließen des Absperrven-

einem Ventilteller und einer Ventilstange, wobei der tih und die Trägheit des Druckminderers hervorgerufe-

Druckminderer stromaufwärts der Absperrvorrichtung nen Überdrucks angeordnet ist. Diese Einrichtung

in einer Gasleitung angeordnet ist und eine größere 55 enthält einen Strahlsauger und einen Speicherbehälter,

Ansprechzeit besitzt als die Absperrvorrichtung, und der über eine erste Leitung an den Strahlsauger

mit einem Strahlsauger, der zwischen dem Druckminde- angeschlossen und über eine zweite Leitung im By-pass

rer und der Absperrvorrichtung dauernd an die zum Druckminderer geschaltet ist, wobei in der zweiten

Gasleitung angeschlossen ist und der eine düsenartige Leitung vor dem Strahlsauger ein Ventil angeordnet ist

Verengung mit zunächst konvergierendem und dann 60 Der Vorschlag gestattet die Einhaltung einer maximalen

divergierendem Durchtrittsquerschnitt sowie einen im Druckabweichung beim öffnen oder Schließen der

Strahlsauger im Bereich stromabwärts des konvergie- Absperrvorrichtung, und zwar auf einen Wert, der

renden Querschnitts mündenden, mit einem Speicherbe- kleiner als derjenige ist, bei dem das Sicherheitsventil

hälter verbundenen Kanal aufweist. anspricht. Ein Auslösen der Sicherheitseinrichtung ohne

Bei Versorgungssystemen für unter Druck stehende 65 triftigen Grund wird auf diese Weise vermieden und die

Gase ist es erforderlich, den Überdruck zu vermeiden, Gesamtfunktion der Vorrichtung wesentlich verbessert,

der bei Schnellabschaltungen auftritt. Solche Schneilab- Andererseits macht die vorgeschlagene Ausführung

schaltungen werden bei allen Regelverfahren ange- die Verwendung und das Anschließen mehrerer Ventile