DE2510857A1

DE2510857A1 - Einsitz-ventil mit steuerbarer druckentlastung

Info

Publication number: DE2510857A1
Application number: DE19752510857
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Phys Ernst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1975-03-12
Publication date: 1976-09-30
Also published as: JPS51114726A

Description

Einsitz-Ventil mit steuerbarer Druckentlastung

Die Erfindung betrifft ein Einsitz-Ventil mit einem mittels einer Ventilstange bewegbaren Drosselkörper, der sich in einem, in einer zylindrischen Führung gleitenden Druckentlastungskolben fortsetzt, auf dessen, die bewegliche ¥and eines Entlastungsdruckraüms bildender Stirnfläche über einen Nebenschluß der Ausgangsdruck wirkt.

Bei Einsitz-Ventilen mit großen Drosselkörperquerschnitten oder großem Druckgefälle sind infolge des auf die Querschnittsfläche des Drosselkörpers wirkenden Druckes erhebliche Stellkräfte notwendig, um die Ventile zu schließen bzw. zu öffnen. Um die sich daraus ergebende Verwendung großer und teurer Stellantriebe zu vermeiden, hat man Ventile mit sogenannter Druckentlastung geschaffen, bei denen der Drosselkörper einen kolbenartigen Fortsatz aufweist, auf dessen rückwärtiger Stirnfläche etwa der gleiche Druck wirkt wie auf die Querschnittsfläche des Drosselkörpers. Der Druckausgleich erfolgt gewöhnlich über eine Bohrung im Drosselkörper, der die beiden Druckräume verbindet. Da sich die so auf den Drosselkörper wirkenden Kräfte nahezu kompensieren, kann mit erheblich kleineren Stellkräften gearbeitet werden. Nachteilig an dieser Art von Ventilen ist jedoch, daß sie in geschlossenem Zustand nicht dicht schließen, sondern daß über den Nebenschluß zwischen den beiden.Druckräumen und der Führung des Druckentlastungskolbens ein Leckverlust auftritt, was bei großen,' für längere Zeit geschlossen zu haltenden Stellventilen nicht tragbar ist. Es wurde deshalb versucht, die neben der Sitzabdichtung im Schließzustand auftretende zweite Dichtstelle zwischen Entlastungsdruckraum und anschließendem Druckraum im Ventil, die bei bekannten Konstruktionen den gleichen Durchmesser wie der Sitzdurchmesser hat, durch bekannte Maßnahmen, wie Kolbenringe, labyrinthartige Eindrehungen oder Packungen abzudichten, was jedoch größere Reibung und größeren, nur schwer kontrollierbaren Verschleiß mit sich brachte.

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Es besteht demgemäß die Aufgabe, ein Einsitz-Ventil mit Druckentlastung bekannter Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß es im geschlossenen Zustand dicht ist.

Eine Lösung der Aufgabe wird in einem Einsitz-Ventil der eingangs genannten Art gesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Nebenschluß durch eine den Ausgangsdruckraum und den Entlastungsdruckraum verbindende, ein Steuerventil enthaltende Leitung gebildet ist.

Diese Anordnung ist vor allem für Stellventile vorgesehen, bei denen der höhere Eingangsdruck in radialer Richtung gleichmäßig über den Umfang auf den Drosselkörper wirkt, wohingegen der niedrigere Ausgangsdruck in axialer Richtung den Drosselkörper beaufschlagt. Die schwierige Dichtung der zweiten Dichtstelle zwischen Entlastungskolben und seiner Führung kann hierbei ganz entfallen, es bleibt lediglich die sowieso notwendige dichte Durchführung der Ventilstange durch die Gehäusewand. Bei normalem Betrieb des Einsitz-Ventils als Stellventil ist das Steuerventil in der Nebenschlußleitung geöffnet, so daß der Entlastungsdruckraum auf gleichem Druckpotential wie der Ausgangsdruckraum liegt. Zum Schließen des Einsitz-Ventils genügt eine relativ geringe Stellkraft. Ist das Ventil geschlossen, wird der Nebenschluß mittels des Steuerventils abgesperrt, über die nicht abgedichtete und deswegen reibungsarme Führung des Entlastungskolbens baut sich im Entlastungsdruckraum ein dem höheren Eingangsdruck entsprechender Druck auf, welcher den Drosselkörper zusätzlich zu der auf ihn wirkenden Stellkraft fest auf seinen Sitz preßt. Zum Öffnen des Ventils wird über den wieder auf Durchgang geschalteten Nebenschluß der Druckausgleich zwischen Entlastungsdruckraum und Ausgangsdruckraum hergestellt, so daß sich das Ventil leicht öffnen läßt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zur Vereinfachung der Konstruktion vorgesehen, daß ein Teil des Leitungswegs für den Nebenschluß durch die teilweise hohle Ventilstange verläuft und daß der Entlastungsdruckraum in zwei gegeneinander abgedichtete Kammern aufgeteilt ist, welche untereinander über eine das Steuerventil enthaltende Leitung verbunden sind.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele dargestellt und im folgenden beschrieben.

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Figur 1: Das dargestellte Ventil besteht im wesentlichen aus dem Gehäuseunterteil 1 und dem Gehäuseoberteil 2 sowie dem becherförmigen Lochdrosselkörper 3, der mittels der Ventilstange 4 bewegbar ist.

In dem Gehäuseunterteil 1 befinden sich der den höheren Eingangsdruck p. führende Eingangsdruckraum 5 sowie der den Ausgangsdruck Pp führende Ausgangsdruckraum 6, wobei die beiden Druckräume 5 und 6 durch eine Zwischenwand 7 getrennt sind, welche eine Öffnung mit einem Ventilsitz 8 aufweist, in welchem der Lochdrosselkörper 3 gleitet und in Schließstellung mit seiner Dichtkante 9 aufliegt. Der Drosselkörper 3 setzt sich in einem Druckentlastungskolben 11 fort, welcher in einer zylindrischen Führung 12 gleitet. Die Stirnfläche 13 des Druckentlastungskolbens 11 wirkt als bewegliche Wand eines Entlastungsdruckraums 14, durch dessen feste Stirnwand die Ventilstange 4 geführt und mittels einer sie umgebenden Packung 15 abgedichtet ist.

Wie zu erkennen ist, wirkt der Eingangsdruck p^, in dem den Drosselkörper 3 umgebenden Eingangsdruckraum 5 in radialer Richtung auf den Drosselkörper, wohingegen der Ausgangsdruck Pp in axialer, also in Bewegungsrichtung auf den Drosselkörper 3 wirkt.

Bei bekannten Ausführungen ist zwischen der vom Ausgangsdruck Pp beaufschlagten Querschnittsfläche des Drosselkörpers 3 und der Stirnfläche 13 des Druckentlastungskolbens 11 ein, hier gestrichelt eingezeichneter Kanal 16 angebracht, so daß Ausgangsdruckraum 6 und Entlastungsdruckraum 14 auf gleichem Druckpotential liegen und die auf den Drosselkörper 3 ausgeübten statischen Druckkräfte, wenn, wie üblich, die Querschnittsfläche des Drosselkörpers 3 und die Stirnfläche 13 des Druckentlastungskolbens 11 etwa gleich groß sind, sich die Waage halten.

Es ist so möglich, auch bei großen Drosselkörperquerschnitten mit relativ geringen Stellkräften auszukommen. Nachteilig ist jedoch, daß auch bei geschlossenem Ventil, d. h. wenn der Drosselkörper 3 mit seiner Dichtkante 9 auf dem Ventilsitz 8 aufsitzt, ein Nebenschluß besteht, der vom Eingangsdruckraum 5 über die von der Führung 12 für den Entlastungskolben 11 gebildeten Dichtstelle, in den Entlastungsdruckraum 14 und von dort über den Kanal 16 in den Ausgangsdruckraum 6 verläuft. Es muß bei dieser Ausführung ein Kompromiß zwischen einer möglichst guten Abdichtung der Führung 12

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bei relativ hohen Reibungsverlusten und einem Leckverlust bei geschlossenem Ventil bei entsprechender Leichtgängigkeit gefunden v/erden.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Nebenschluß durch eine den Ausgangsdruckraum 6 und den Entlastungsdruckraum 14 verbindende, ein Steuerventil 17 enthaltende laiourg gebildet ist. Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungs^^pie-i. isx dazu aer liritlastungsdruckraum 14 in eine erste Kammer 14a, die bei veränderlichem Volumen von den Entlastungskolben 11 abgeschlossen ist, und eine koaxial zu dieser und dahinter angeordneten zweiten Kammer 14b unterteilt, wobei die erste Kammer 14a von der zweiten Kammer 14b durch eine feste Wand 19 getrennt sind, welche lediglich die mit der Packung 15 abgedichtete Durchführung für die Ventilstange 4 enthält. Die zweite Kammer 14b ist durch eine weitere Packung 15' zwischen ihrer Innenwand und der Ventilstange 4 nach außen hin abgedichtet. Zwischen den Packungen 15 und 15^f ist in der zweiten Kammer 14b noch ein Abstandhalter 29 und ein mit der Leitung 18 verbundener Auslaß 20 angeordnet. Die Leitung 18 ist andererseits mit der in die erste Kammer 14a führenden Öffnung 21 verbunden.

Ein Teil des Nebenschlußwegs verläuft hier über die teilweise hohle Ventilstange 4. Sie weist eine axiale Bohrung 22 auf, die bis zu der mit dem Ausgangsdruck p₂ beaufschlagten Fläche des Drosselkörpers 3 führt, eine an diese anschließende radiale Bohrung 23 mündet in der zweiten Kammer 14b des Druckentlastungsraums 14. Da die Führung 12 des Druckentlastungskolbens 11 einer besonderen Abdichtung nicht bedarf, verringern sich bei dieser Ausführung die Abdichtungsprobleme im Verhältnis der Durchmesser von Ventilstange 4 und Druckentlastungskolben 11.

Figur 2; Die hier dargestellte Ausführungsform weicht in einigen Teilen von der zuvor genannten ab. Gleiche Teile haben jedoch gleiche Bezugszeichen. Der Drosselkörper 3 weist ebenfalls einen hier hohlzylindrischen Fortsatz als Druckentlastungskolben 11 auf. Unterschiedlich ist die Anordnung der beiden Kammern 14a und 14b des Entlastungsdruckraums 14. Beide Kammern sind, durch einen Faltenbalg 24 voneinander getrennt, konzentrisch um die Ventilstange 4 angeordnet, wobei das eine Ende des Faltenbalgs 14 am Fuß der Ven-

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tilstange 4 in der Stirnfläche 13 des Entlastungskolbens 11, das andere Ende am Rand einer weiten Durchführung 25 für die Ventilstange 4 an der gegenüberliegenden Stirnwand des Entlastungsdruckraums 14 befestigt ist, derart, daß die zweite Kammer 14b zwischen Ventilstange 4 und Faltenbalg 24 von. der ersten Kammer 14a zwischen Faltenbalg und Innenwand des Entlastungsdruckraums 14 umgeben ist. Mit der Verwendung des Faltenbalgs 24 ist eine vollständige Abdichtung zwischen den Kammern 14a und 14b möglich, so daß keinerlei Leckverluste zwischen dem Ausgangsdruckraum 6 und dem Entlastungsdruckraum 14 bzw. der ersten Kammer 14a auftreten können. Der Balg dichtet damit auch die Durchführung der Ventilstange 4 nach außen ab, so daß im geschlossenen Zustand die Packung 15' nur Sicherheitsfunktion hat. Die beiden Kammern 14a und 14b sind, wie bei dem vorigen Beispiel, über die Leitung 18, in der das Steuerventil 17 liegt, verbindbar.

Funktion: Ist das Steuerventil 17 geöffnet, so erfolgt der Druckausgleich zwischen dem Druck Pp im Ausgangsdruckraum 6 und dem Druck im Entlastungsdruckraum 14 über die Leitung 18 zwischen den beiden Kammern 14a und 14b. Ist der Drosselkörper 3 in Schließstellung, wird auch das Steuerventil 17 geschlossen und damit die Nebenschlußverbindung unterbrochen. In der ersten Kammer 14a baut sich auf dem zuletzt vorhandenen, dem Ausgangsdruck Pp entsprechenden Druck ein dem Eingangsdruck p.. entsprechender Druck auf, da der Eingangsdruckraum 5 über die nicht besonders abgedichtete Drosselstelle, die zwischen der Führung 12 und der Mantelfläche des Entlastungskolbens 11 gebildet wird, mit der ersten Kammer 14a des Entlastungsdruckraums in Verbindung steht, so daß dieser Druck zusätzlich zur Stellkraft auf den Drosselkörper wirkt und diesen fest in der Schließstellung hält.

Soll der Drosselkörper 3 aus der Schließstellung gefahren werden, wird das Steuerventil 17 zuvor geöffnet und der Druckausgleich zwischen dem Ausgangsdruckraum 6 und der Kammer 14a des Entlastungsdruckraums hergestellt, so daß sich das Ventil leicht öffnen läßt.

5 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

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Pat entansprüche

M.JEinsitz-Ventil mit einem mittels einer Ventilstange bewegbaren ^-^^ Drosselkörper, der sich in einem in einer zylindrischen Führung gleitenden Druckentlastungskolben fortsetzt, auf dessen, die bewegliche Wand eines Entlastungsdruckraums bildenden Stirnfläche über einen Nebenschluß der Ausgangsdruck wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschluß durch eine, den Ausgangsdruckraum (6) und den Entlastungsdruckraum (14) verbindende, ein Steuerventil (17) enthaltende Leitung (18) gebildet ist.
2. Einsitz-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsdruckraum (14) in eine mit dem Entlastungskolben (11) abgeschlossene erste Kammer (I4a) und eine über die teilweise hohle Ventilstange (4) mit dem Ausgangsdruckraum (6) verbundene zweite Kammer (14b) unterteilt ist und daß die beiden Kammern (14a, 14b) über die das Steuerventil (17) enthaltende Leitung (18) miteinander verbindbar sind.
3. Einsitz-Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstange (4) eine bis zu der mit dem Ausgangsdruck (p₂) beaufschlagten Fläche des Drosselkörpers (3) durchgehende axiale Bohrung (22) und eine in die zweite Kammer (14b) des Entlastungsdruckraums (14) mündende radiale Bohrung (23) aufweist.
4. Einsitz-Ventil nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (14a und 14b) koaxial hintereinander angeordnet und durch eine feste, die abgedichtete Durchführung für die Ventilstange (4) enthaltende Wand (19) getrennt sind.
5. Einsitz-Ventil nach Anspruch 2 und 3_f dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (14a, 14b) durch e.inen Faltenbalg (24) voneinander getrennt konzentrisch um die Ventilstange (4) angeordnet sind, wobei das eine Ende des Faltenbalgs (24) am Fuß der Ventilstange (4) in der Stirnfläche (13) des Entlastungskolbens (11), das andere Ende am Rand einer weiten Durchführung (25) für die Ventilstange (4) an der gegenüberliegenden Stirn-

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wand des Entlastungsdruckraums (14) befestigt ist, derart, daß die zweite Kammer (i4b) zwischen Ventilstange (4) und Faltenbalg (24) von der ersten Kammer (14a) zwischen Faltenbalg (24) und Innenwand des Entlastungsdruckraums (14) umgeben ist.

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