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Druckregler für strömende Medien
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler für strömende Medien, mit einem Regelventil, dessen Verschlusskörper in Öffnungsrichtung durch eine Federkraft belastet ist, die auf eine Membran wirkt, welche über einen Stössel mit dem Verschlusskörper in Verbindung steht und auf der der Federkraft gegenüberliegenden Seite durch einen vom Ausgangsdruck des Reglers abhängigen Gegendruck beaufschlagt ist, wobei der Stössel einen axialen Kanal aufweist, der in den Raum unterhalb der Membran mündet und im Bereich des Ventilsitzes über wenigstens eine radiale Bohrung mit der Ausgangsseite des Reglers in Verbindung steht.
Bekanntlich sind bei den Druckreglern dieser Bauart besondere Vorkehrungen erforderlich, um eine Änderung der Regelcharakteristik in Abhängigkeit von der Durchflussmenge zu verhindern. Diese Regelabweichungen sind darauf zurückzuführen, dass sich die auf die Membran wirkende Federkraft mit der jeweiligen Stellung des Verschlusskörpers des Regelventils verändert, u. zw. auf Grund der dabei auftretenden Längenänderungen der Feder. Es werden daher Einrichtungen vorgesehen, die bei grösser werdendem Ventilhub die Verringerung der Federkraft dadurch kompensieren, dass die auf den Verschlusskörper des Regelventils in Öffnungsrichtung wirkende Kraft entsprechend vergrössert wird.
Bei einer bekannten Ausführung ist auf der Ausgangsseite des Druckreglers kurz vor der Anschlussbohrung für die wegführende Leitung eine Querschnittsverengung vorgesehen, in welcher sich die Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Durchflussmenge ändert und die über einen durch ein in die Querschnittsverengung ragendes Rohr gebildeten kleinen Kanal mit einem auf der Unterseite der Membran liegenden Raum in Verbindung steht. Dadurch wird mit steigender Strömungsgeschwindigkeit in der Querschnittsverengung und damit bei einer Vergrösserung der Durchflussmenge durch den Regler der im Raum unterhalb der Membran herrschende Druck, der der Federkraft entgegenwirkt, verringert, so dass die Abnahme der Federkraft kompensiert wird.
Diese Einengung des Strömungsquerschnittes bedingt aber eine Vergrösserung des Durchströmwiderstandes und eine Herabsetzung der maximal möglichen Durchflussmenge durch den Regler.
Andere bekannte Ausführungen verwenden eine Venturi-Einrichtung, um mit wachsendem Hub des Verschlusskörpers des Regelventils eine Entlastung des Steuergliedes zu erzielen. Dabei ist der an den Ventilsitz anschliessende Gehäuseabschnitt, der vom Stössel zur Betätigung des Verschlusskörpers durchsetzt ist, als in Strömungsrichtung divergierender Kanal düsenartig ausgebildet. Ausserdem ist der Ventilverschlusskörper mit einem Kolben versehen, der auf der dem Stössel abgewendeten Seite in einer Zylinderbohrung des Gehäuses geführt ist. Diese Zylinderbohrung steht über einen im Stössel vorgesehenen axialen Kanal mit der an den Ventilsitz in Strömungsrichtung anschliessenden Düse in Verbindung.
Bei einer Vergrösserung der Strömungsgeschwindigkeit in der Düse wird die dadurch entstehende Druckverringerung auf die Unterseite des Kolbens übertragen, so dass eine von der Durchflussmenge abhängige Zugkraft aut den Verschlusskörper des Ventils ausgeübt wird. Um eine Verstärkung der Venturiwirkung zu erzielen, ist es bei einem solchen Druckregler auch schon bekannt, den in der Düse angeordneten Teil des Stössels mit einem in Strömungsrichtung stetig zunehmenden Querschnitt
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auszubilden. Auch bei diesen bekannten Ausführungen wird der Durchströmquerschnitt des Reglers eingeengt, wobei zur Verhinderung von nachteiligen Druckverlusten ein Diffusor nachgeschaltet werden müsste, welcher einen zusätzlichen Raumbedarf erfordern würde.
Ausserdem ist der Querschnitt des an den Verschlusskörper angesetzten Kolbens im Vergleich zum Querschnitt der Membran, die hiebei dauernd vom vollen Ausgangsdruck beaufschlagt ist, verhältnismässig gering, so dass zur Erzielung einer ausreichenden Kompensationswirkung eine verhältnismässig grosse Druckverringerung erforderlich ist, die nur durch entsprechende Einengung des Durchströmquerschnittes erreicht werden kann.
Ferner ist es bei Membrandruckreglern bekannt, im Ventilstössel einen axialen Kanal vorzusehen, der im Bereich des Ventilsitzes über eine radiale Bohrung mit der Ausgangsseite des Reglers und an seinem andern Ende mit dem Raum unterhalb der Membran in Verbindung steht. über diesen Kanal wird an der Unterseite der Membran stets der geregelte Druck aufrechterhalten. Eine Kompensation der bei steigender Durchsatzmenge durch den Regler auftretenden Verringerung der Federkraft wird dadurch aber nicht erzielt.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines verbesserten Druckreglers dieser Bauart, der eine wirksame Einrichtung zur Anpassung der Charakteristik des Reglers an die jeweilige Durchflussmenge aufweist, ohne dass hiezu eine nachteilige Einengung des Durchströmquerschnittes erforderlich ist. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Stössel im Bereich der radialen Bohrung mit einer Strömungsablösestelle, z. B. einem quer zur Strömungsrichtung angeordneten Rohr, einer Einschnürung oder/und einem vorspringenden Kragen, versehen ist.
Die Strömungsablösestelle bewirkt, dass beim Durchfluss des Mediums durch den Druckregler an der Mündungsstelle der radialen Bohrung eine Druckverminderung entsteht, die von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Ringspalt des Ventils abhängt und mit steigender Strömungsgeschwindigkeit zunimmt. Über den axialen Kanal im Stössel wird dadurch im Raum unterhalb der Membran eine mit der Durchsatzmenge durch das Regelventil ansteigende Druckverringerung relativ zum Ausgangsdruck des Reglers erzielt, so dass die Verkleinerung der Federkraft, die durch die Längenänderung der Feder beim Abheben des Verschlusskörpers vom Ventilsitz entsteht, kompensiert wird. Die Charakteristik des Druckreglers ist deshalb von der jeweiligen Durchsatzmenge weitgehend unabhängig.
Wie bei einigen bekannten Ausführungen kann auch beim erfindungsgemässen Druckregler der Verschlusskörper des Regelventils zusätzlich mit einem Ausgleichskolben versehen und dessen Unterseite mit dem verringerten Druck beaufschlagt sein, welcher vorteilhaft über einen axialen Kanal im Stössel zugeführt wird, wodurch die Kompensationswirkung noch weiter verbessert werden kann.
Wie Versuche gezeigt haben, erfolgt bei der erfindungsgemässen Anordnung mit steigender Durchflussmenge durch den Regler ein verhältnismässig starker Anstieg der Druckverringerung, was bei einer hohen Druckdifferenz zwischen dem Eingangs-und dem Ausgangsdruck zu einer Oberkompensation und zu Schwingungen führen kann. Um dies zu vermeiden, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung parallel zu der von der Strömungsablösestelle ausgehenden, durch den Stössel führenden Verbindung zwischen dem Raum unterhalb der Membran und der Ausgangsseite des Reglers ein Verbindungskanal vorgesehen sein, in den eine vorzugsweise einstellbare Drossel eingebaut ist.
Mit Hilfe der eingebauten Drossel kann der Überströmquerschnitt den jeweiligen Betriebsverhältnissen entsprechend so eingestellt werden, dass gerade keine Überkompensation erfolgt und Schwingungen vermieden werden, wodurch eine genaue Anpassung der Charakteristik des erfindungsgemässen Druckreglers an die jeweiligen Anforderungen ermöglicht wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen Fig. 1 einen axialen Mittelschnitt durch einen erfindungsgemässen Druckregler, die Fig. 2 und 3 je ein abgeändertes Detail des Druckreglers nach Fig. 1 im axialen Mittelschnitt und Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie 1 V -I V in Fig. 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Druckregler weist ein Gehäuse--l--mit einem haubenförmigen
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--3--PATENTANSPRÜCHE :
1. Druckregler für strömende Medien, mit einem Regelventil, dessen Verschlusskörper in Öffnungsrichtung durch eine Federkraft belastet ist, die auf eine Membran wirkt, welche über einen Stössel mit dem Verschlusskörper in Verbindung steht und auf der der Federkraft gegenüberliegenden Seite durch einen vom Ausgangsdruck des Reglers abhängigen Gegendruck beaufschlagt ist, wobei der Stössel einen axialen Kanal aufweist, der in den Raum unterhalb der Membran mündet und im Bereich des Ventilsitzes über wenigstens eine radiale Bohrung mit der Ausgangsseite des Reglers in Verbindung
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