CH673881A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Reduzierventil gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

BESCHREIBUNG Bei Reduzierventilen dieser Art wird der Fluiddruck der Primärseite auf einen vorgegebenen Druck an der Sekundärseite durch Änderung des Öffnungsquerschnitts mit Hilfe eines durch das Fluid selbst betätigten Ventilkörpers eingestellt.

Bekannt ist ein direkt betätigtes Reduzierventil, bei dem ein vom Sekundärdruck beaufschlagtes Teil, beispielsweise eine Membrane, den Ventilkörper direkt betätigt. Des weiteren ist ein mit einem Führungsventil versehenes Reduzierventil bekannt, bei dem ein direkt beaufschlagtes Ventil als Führungsventil dient und der Ventilkörper des Hauptventils in Abhängigkeit von einem eingestellten Druck betätigt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf beide Arten von Ventilen und betrifft die Ausbildung der Verbindung zwischen dem Hauptventil und dessen Betätigung.

Die Norm HASS-106-1978 ('Heating Air-Conditioning and Sanitary Standard') legt folgende Terminologie fest:

Minimale regulierbare Strömungsrate: Geringste Strömungsrate im Reduzierventil, bei der sich noch ein stetiger Strömungszustand aufrechterhalten lässt.

Ansprechdruck: Druck auf der Sekundärseite bei der minimalen regulierbaren Strömungsrate

Differenzdruck: Die Druckdifferenz zwischen dem Ansprechdruck auf der Sekundärseite und dem Druck auf der Sekundärseite, der sich in dem Masse ändert, wie sich die Strömungsrate graduell von der minimalen regulierbaren Strömungsrate bis zu der eingestellten Strömungsrate des Reduzierventils bei konstantem Druck auf der Primärseite ändert.

Festgesetzte Strömungsrate : Die maximale Strömungsrate, die sich bei konstantem Druck auf der Primärseite und einer bestimmten Druckdifferenz erreichen lässt.

Bei herkömmlichen Reduzierventilen ist die Strömungsrate durch eine verhältnismässig grosse Druckdifferenz und eine verhältnismässig niedrige festgesetzte Strömungsrate gekennzeichnet.

5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechempfindlichkeit und die Strömungscharakteristik des Ventils zu verbessern und insbesondere ein Reduzierventil zu schaffen, das sich durch einen geringen Differenzdruck und eine hohe festgesetzte Strömungsrate auszeichnet, io Konstruktiv dürfte die Begrenzung der Strömungsrate auf die Tatsache zurückzuführen sein, dass bei der Abwärtsbewegung der den Ventilkörper betätigenden Ventilspindel der Ventilkörper von dem durch die Ventilöffnung strömenden Fluid beaufschlagt sowie nach oben gedrückt wird und dabei 15 zu vibrieren beginnt.

Daraus ergibt sich im Hinblick auf eine Verbesserung der Störmungscharakteritik die Notwendigkeit, die Verbindung zwischen der Ventilbetätigung und dem Ventilkörper zu verbessern.

20 Dies geschieht bei einem Reduzierventil der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss in der Weise, dass der Übergang zwischen der beweglichen Querfläche und der Ventilspindel eine gewölbte Oberfläche aufweist.

Bei einem direkt arbeitenden Reduzierventil handelt es 25 sich um den Übergang zwischen einer Membran und der Ventilspindel, bei einem Reduzierventil mit einem Führungsventil um den Übergang zwischen der Kolbenunterseite und der Kolbenstange.

Vorzugsweise besitzt der Übergang eine kalottenförmige 30 Oberfläche. Dabei kann der Übergang etws grösser oder auch etwas kleiner als eine Halbkugel sein oder einer Halbkugel mit einer zylindrischen Verlängerung entsprechen.

Dieselbe Wirkung lässt sich auch mit einer gewölbten Oberfläche erreichen, die sich von einer konischen Ober-35 fläche ausgehend nach aussen wölbt, beispielsweise eine Oberfläche mit elliptischem Profil. Derartige gewölbte Flächen fallen unter den im vorliegenden Zusammenhang benutzten Begriff «im wesentlichen halbkugelförmige Oberfläche».

40 Die Wölbung des Übergangs zwischen der beweglichen Querfläche und der Ventilspindel lässt sich durch Biegen einer ebenen Fläche in einer Richtung oder zu einer kalottenförmigen oder elliptischen Fläche erreichen. An der Verbindungsstelle zwischen den die gewölbte Fläche insgesamt bil-45 denden Teilflächen ergibt sich eine Kante, die gerundet werden kann.

Der Fluidstrom gelangt bei dem erfindungsgemässen Ventil direkt zu der beweglichen Querfläche der Ventilbetätigungseinrichtung; er trifft dabei auf den gewölbten Über-50 gang und strömt längs dessen Oberfläche.

Im unteren Teil des gewölbten Übergangs, d. h. im Bereich der Querfläche nimmt die Strömungsgeschwindigkeit zu und ist der statische Druck gering. Demgegenüber ist im Bereich des oberen Teils die Strömungsgeschwindigkeit gering und 55 der statische Druck hoch. Als Folge davon werden die bewegliche Querfläche und die Kolbenstange bzw. die Ventilspindel nach unten, d. h. in Richtung der Ventilöffnung gezogen. Mit anderen Worten : Der aus dem die Ventilöffnung verlassenden Fluidstrom resultierende Druck wirkt 60 nicht unmittelbar auf die bewegliche Querfläche, sondern leicht gedämpft und teilweise absorbiert infolge der sich in der vorerwähnten Weise an dem Übergang einstellenden Druckdifferenz, die den Ventilkörper um ein entsprechendes Stück von der Ventilöffnung wegbewegt bzw. einen entspre-65 chend grösseren Öffnungsquerschnitt ergibt.

Der gewölbte Übergang wirkt selbstzentrierend in bezug auf den die Ventilöffnung verlassenden Fluidstrahl. Tatsächlich strömt das Fluid am Umfang des Übergangs jeweils

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mit derselben Geschwindigkeit längs der gesamten Oberfläche des Übergangs, wenn die Achse des Übergangs mit der Achse des Fluidstrahls zusammenfällt. Bei einem demgegenüber abgelenkten Fluidstrom ist die Strömungsgeschwindigkeit an der Oberfläche des Übergangs hingegen unterschiedlich, so dass sich ein ungleichmässiger statischer Druck ergibt und der Übergang in die Strahlachse gedrückt wird. Demzufolge können sich die bewegliche Querfläche der Ventilbetätigung und die Ventilspindel bzw. die Kolbenstange ohne Vibration oder Neigung längs der Mittelachse des Fluidstroms bewegen und ergeben sich geringe Schwankungen des Sekundärdrucks sowie eine geringe Druckdifferenz. Da sich die bewegliche Querfläche der Ventilbetätigungseinrichtung und der Betätigungsstössel gleichmässig und genügend weit in Richtung der Ventilöffnung bewegen, ergibt sich eine geringe Druckdifferenz und eine hohe Strömungsrate.

Darüber hinaus variiert der Druck auf der Sekundärseite nur ganz gering, da die bewegliche Querfläche und der Betätigungsstössel kaum vibrieren und nur geringen Diagonalkräften unterworfen sind. Des weiteren unterliegen die Gleitflächen des Kolbens und des Zylinders sowie des Ventilkörpers und des Ventilsitzes nur einem geringen Verschleiss, so dass sich eine hohe Standzeit und eine grosse Zuverlässigkeit ergeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kolben,

Fig. 2 bis 4 Längsschnitte durch weitere verschiedene Kolben,

Fig. 5 eine Bodenansicht des Kolbens der Fig. 4,

Fig. 6 eine Seitenansicht des Kolbens der Fig. 5 senkrecht zu der Linie III-III in Fig. 5,

Fig. 7 und 8 Bodenansichten zweier Kolben und

Fig. 9 einen Längsschnitt durch ein herkömmliches Reduzierventil.

Die dargestellten Kolben besitzen eine Kolbenstange 1, einen Kolbenboden 2, gewölbte Flächen 10,20 und 30, Übergänge 45,75,85 mit gewölbter Oberfläche oder gewölbte Teilflächen 47, 77,87.

Das erfindungsgemässe Ventil besteht aus einem Reduzierventil 101, einem Dampfabscheider 102 und einem Auslass-ventl 103.

Das Ventilgehäuse 110 weist einen Einlasskanal 112, eine Ventilöffnung 114 und einen Auslasskanal 116 auf. Der Einlasskanal wird an eine Quelle für ein Hochdruckfluid und der Auslasskanal an einen Verbraucher des Niederdruck-fluids angeschlossen. Die Ventilöffnung 114 ist als Ventilsitz ausgebildet, an dem eine unter dem Einfluss einer Spiralfeder stehende Ventilplatte 118 anliegt.

Ein hin- und herbeweglicher Kolben 10 befindet sich in einem Zylinder 120 und besitzt eine Kolbenstange 1, die sich in Kontakt mit einem Ventilstössel 115 der Ventilplatte 118 befindet und sich in die Ventilöffnung 114 hinein erstreckt. Der Kolben 120 besitzt Umfangsnuten 14,15 für Dichtungsringe 12,13 sowie im Kolbenboden 2 eine Öffnung 11. Ein Durchlasskanal 124 verbindet den Einlasskanal 112 mit dem Raum oberhalb des Kolbens 120, d. h. der Kolbenkammer, und enthält ein Führungsventil 126. Zwischen Flanschen 130,132 erstreckt sich eine Membran 128. Der Raum unterhalb der Membrane ist mit dem Auslasskanal 116 über einen Sekundärdruckdurchlass 134 verbunden.

Das freie Ende einer Ventilspindel 136 des Führungsven tils 126 befindet sich in Kontakt mit dem Zentrum der unteren Oberfläche der Membrane 128. Die Oberseite der

Membrane 128 steht über eine Scheibe 138 unter dem Einfluss einer Rückstellfeder 140, deren Vorspannung sich mit Hilfe einer Stellschraube 144 im Gehäuse 110 einstellen lässt.

Durch Ein- oder Herausdrehen der Stellschraube 144 lässt s sich die Kraft, mit der die Feder 140 die Membrane 128 nach unten drückt, verändern. Gegen die Kraft der Feder 140 als Referenzgrösse bewegt sich die Membrane 128 in Abhängigkeit von dem an ihrer Unterseite wirksamen Sekundärdruck und bewegt die Ventilspindel 136 des Führungsventils 126 io bzw. öffnet und schliesst das Führungsventil. Dementsprechend wird der Fluiddruck der Primärseite in der Kolbenkammer des Kolbens 120 wirksam und verchiebt die Ventilplatte 118 des Hauptventils, so dass das Fluid vom Einlasskanal 112 durch die Ventilöffnung 114 zum Auslasskanal 116 15 strömen kann. Verringert sich der Fluiddruck sekundär-seitig, dann vergrössert sich der Öffnungsquerschnitt der Ventilöffnung 114 automatisch, während der Öffnungsquerschnitt geringer wird, wenn der Druck auf der Sekundärseite abfällt.

20 Unterhalb der Ventilöffnung 114 befindet sich ein Zylinder 146, zwischen dem und dem Ventilgehäuse 110 sich ein Ringraum 148 ergibt. Der obere Teil des Ringraums steht über ein konisches Sieb 150 mit dem Einlasskanal 112 in Verbindung, während sein unterer Teil in den oberen Teil einer 25 Abscheidekammer 152 steht mit der Ventilöffnung 114 über den Innenraum des Zylinders 146 in Verbindung. In dem Ringraum 148 befindet sich eine Leitschaufel 154 aus mindestens einer geneigten Wand zum Erzeugen einer Wirbelbewegung des Fluids.

30 Die Leitschaufel 154 lenkt den Fluidstrom aus dem Einlasskanal 112 im Ringraum 148 ab, von dem er zu der Ventilöffnung 114 gelangt. Auf diese Weise wird das Fluid zentrifugal in Richtung auf die Innenwandung des Ventilgehäuses abgelenkt und strömt abwärts durch die Abscheidekammer 35 152, während das leichtere Gas im Zentrum als Wirbel nach oben durch das Innere des Zylinders 146 abströmt und durch die Ventilöffnung 114 zum Auslasskanal 116 gelangt.

Im Boden der Abscheidekammer 152 befindet sich ein Auslassventilsitz 158 ; er führt zu einer Auslassöffnung 156. 40 Eine Schwimmerkugel 160 ist beweglich in einer Fangkappe 164 mit Belüftungsöffnungen 162 im oberen Teil angeordnet. Die Schwimmerkugel 160 bewegt sich in Abhängigkeit vom Niveau des sich in der Kammer 152 sammelnden abgeschiedenen Wassers und öffnet oder schliesst dementsprechend 45 die Ventilöffnung 158, so dass das sich in der Abscheidekammer 152 sammelnde Wasser automatisch abfliesst.

Bei dem Ventilkolben 10 der Fig. 1 befindet sich zwischen der Kolbenstange 1 und dem Kolbenboden 2 ein halbkugelförmiger Übergang 10.

Der Kolben 120 ist mit Kolbenringen 12,13 in seinen Umfangsnuten 14,15 in der Kolbenwandung 17 bzw. im oberen zylindrischen Kolbenteil versehen und gleitend in dem Gehäusezylinder geführt. Der Kolbenboden 2 weist eine ebene Unterseite auf und ist mit einer Öffnung 11 versehen. Die Kolbenstange 1 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt und berührt mit ihrem freien Ende das obere Ende des Ven-tilstössels 115 an der Ventilplatte 118. Zwischen der Unterseite des Kolbenbodens 2 und der Kolbenstange 1 erstreckt sich die halbkugelförmige Oberfläche 10; sie geht in die Unterseite des Kolbens und die Kolbenstange in Form einer Kehle mit einem extrem geringen Radius oder in Gestalt einer unbearbeiteten Kehle über.

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Die Aussendurchmesser des Kolbens 120 kann 47 mm, der 65 Aussendurchmesser der Kolbenstange 7 mm, der Innen-durchmeser der Ventilöffnung 20 mm ihre Höhe 16 mm, der Abstand zwischen der Unterseite des Kolbens 2 von der Ventilplatte 118, wenn die Kolbenstange 1 den Ventilstössel 15

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berührt, 50 mm und der Radius der halbkugelförmigen Die Unterseite des Kolbenbodens und die Kolbenstange 1 Fläche 14 mm betragen. sind wiederum über eine gewölbte Fläche 45 miteinander Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Übergangs- verbunden. Diese Fläche besteht aus sechs gewölbten Teilfläche 20 zwischen dem Kolbenboden und der Kolbenstange flächen, die am Übergang zu der Kolbenstange zusammen-dreiviertel-kugelförmig ausgebildet. s laufen und sich in Kanten 49 berühren. Sämtliche Teil-

Der Kolben 120 ist gleitend im Gehäusezylinder geführt flächen 47 sind untereinander gleich, liegen einander paar-

und weist Kolbenringe 12 und 13 in Umfangsnuten 14,15 in weise gegenüber und sind kreisförmig um die Kolbenstange 1

der Kolbenwandung bzw. im oberen zylindrischen Kolben- angeordnet.

teil auf. Der Kolbenboden besitzt eine ebene Unterseite und Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 besteht der Überist mit einer Öffnung 11 versehen. Die Kolbenstange 1 besitzt io gang zwischen der Kolbenunterseite und der Kolbenstange einen kreisförmigen Querschnitt und berührt mit ihrem aus vier gekrümmten Teilflächen.

freien bzw. unteren Ende den Ventilstössel 115 an der Ventil- Der Kolbenboden besitzt eine ebene Unterseite und ist mit platte 118. einer Öffnung 11 versehen. Die Kolbenstange 1 besitzt einen

Der Kolbenboden bzw. die Unterseite des Kolbens und die kreisförmigen Querschnitt und berührt mit ihrem unteren

Kolbenstange 1 sind über eine dreiviertel-kugelförmige is bzw. freien Ende den Stössel 15 der Ventilplatte 118.

Fläche 20 miteinander verbunden. Diese Kugelfläche 20 geht Der Kolbenboden und die Kolbenstange sind über eine in Form einer Kehle in die Unterseite des Kolbenbodens gekrümmte Fläche 75 miteinander verbunden. Diese Fläche

über und bewirkt auf diese Weise ein sanftes Ablenken des besteht aus vier, vom Kolbenboden ausgehenden und an der

Fluids. Hingegen geht die Kugelfläche 20 in Form einer Kolbenstange zusammenlaufenden, einander in Kanten 79

Kehle mit extrem geringem Radius oder einer unbearbei- 20 berührenden gewölbten Teilflächen 77. Die Teilflächen 77

teten Kehle in die Kolbenstange über. sind einander gleich, liegen einander paarweise gegenüber

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 erstreckt sich zwi- und sind kreisförmig um die Kolbenstange 1 angeordnet, sehen dem Kolbenboden und der Kolbenstange 1 eine halb- Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 besteht der Überkugelzylindrische Fläche 30. Der Kolben 120 weist ebenfalls gang zwischen dem Kolbenboden und der Kolbenstange aus Kolbenringe 12,13 in Umfangsnuten 14,15 in der Wandung 25 drei gewölbten Teilflächen.

17 bzw. dem oberen zylindrischen Teil des Kolbens 120 auf. Der Kolbenboden 2 besitzt eine ebene Unterseite und ist

Der Kolbenboden besitzt eine ebene Unterseite und ist mit mit einer Öffnung 11 versehen. Die Kolbenstange besitzt einer Öffnung 11 versehen. Die Kolbenstange 1 besitzt einen einen kreisförmigen Querschnitt und berührt mit ihrem kreisförmigen Querschnitt und berührt mit ihrem freien unteren bzw. freien Ende den Stössel 115 der Ventilplatte bzw. unteren Ende den Stössel 115 der Ventilplatte 118. 30 118. Der Übergang zwischen dem Kolbenboden 2 und der

Die Kolbenunterseite und die Kolbenstange 1 sind durch Kolbenstange 1 weist eine gewölbte Oberfläche 85 auf. Diese eine Zylinderfläche 39 miteinander verbunden, die zur Kol- besteht aus drei gewölbten Teilflächen 87, die vom Kolbenbenstange 1 hin in eine Halbkugelfläche 30 übergeht. Die boden ausgehen und an der Kolbenstange zusammenlaufen Halbkugelfläche 30 geht in Form einer Kehle mit sehr sowie einander in Kanten 89 berühren. Die Teilflächen 87 geringem Radius oder in Form einer nicht bearbeiteten 35 sind untereinander gleich und kreisförmig um die Kolben-Kehle in die Kolbenstange 1 über. Stange 1 angeordnet.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 bis 6 Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 bis 8 kann die besteht der Übergang zwischen der Kolbenunterseite und der Kolbenstange auch einen unregelmässigen Querschnitt mit

Kolbenstange aus sechs gewölbten Teilflächen. einer Oberfläche aus Teilflächen besitzen, die winklig zuein-

Der Kolben 120 ist gleitend im Gehäusezylinder geführt 40 ander verlaufen.

und weist Kolbenringe 12,13 in Umfangsnuten 14,15 in der Alle Ausführungsbeispiele besitzen einen gewölbten ÜberWandung 17 des oberen zylindrischen Kolbenteils auf. Der gang zwischen einer beweglichen Querfläche, d. h. der Kol-Kolbenboden 2 besitzt eine ebene Unterseite und ist mit benunterseite, und einer Ventilspindel in Gestalt einer Koleiner Öffnung 11 versehen. Die Kolbenstange 1 besitzt einen benstange. An die Stelle der Kolbenunterseite tritt bei einem kreisförmigen Querschnitt und berührt mit ihrem unteren 45 Ventil mit direkt betätigtem Ventilkörper eine Membrane als bzw. freien Ende den Stössel 115 der Ventilplatte 118. bewegliche Querfläche.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. Reduzierventil mit einem Einlasskanal (112), einem Auslasskanal (116) und einer Ventilöffnung (114) mit einem eingangsseitigen, federbelasteten Ventilkörper (118), dessen Stössel (115) sich durch die Ventilöffnung (114) erstreckt und an einer Ventilspindel (1) einer Ventilbetätigungseinrichtung anliegt, die eine bewegliche Querfläche (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen der Querfläche (2) und der Ventilspindel (1) eine gewölbte Oberfläche (10 ; 20 ; 30 ; 39 ; 45 ; 75 ; 85) aufweist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang eine im wesentlichen kalottenförmige Oberfläche besitzt (Fig. 1,2).

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang, von der Ventilspindel (1) ausgehend, zunächst eine kalottenförmige Oberfläche besitzt, die zur beweglichen Querfläche (2) hin in eine zylindrische Teilfläche (39) übergeht (Fig. 3).

4. Ventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang aus einer kalottenförmigen und einer konischen Teilfläche besteht.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Oberfläche (45 ; 75 ; 85) aus mehreren gewölbten, kreisförmig um die Ventilspindel (1) angeordneten und untereinander im wesentlichen gleichen Teilfläche (47 ; 77 ; 87) besteht.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilflächen (47 ; 75 ; 85) in Kanten (49 ; 79 ; 89) berühren.