DE2361380C2

DE2361380C2 - Abschneideventil für Ölfeuerungsanlagen

Info

Publication number: DE2361380C2
Application number: DE2361380A
Authority: DE
Inventors: Robert Baagoee Nordborg Burkal; Peder Fynshav Larsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1973-12-10
Filing date: 1973-12-10
Publication date: 1982-01-28
Also published as: FR2253966A1; JPS50135627A; JPS5749926B2; DK134084B; NL7416006A; FR2253966B1; DE2361380A1; GB1491488A; CH582854A5; IT1027043B; SE7415203L; DK615174A; SE402967B; DK134084C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abschneideventil w mit einem Ventilsitz und einem Verschlußstück für ölfeuerungsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Abschneideventil (Danfoss-Prospekt »RS Hochdruck-Ölpumpe« 70-.3.01.03 3-1965, bo Seite 3) ist das als Kolben ausgebildete Stellglied einstückig mit dem Verschlußstück des Abschneideventils verbunden. Sobald der Förderdruck im Ventilraum die Vorspannung der Sollwertfeder überschreitet, öffnet das Abschneideventil. Wenn der Förderdruck diesen < >■> Wert unterschreitet, schließt das Abschneideventil. Um ein rascheres Schließen zu erhalten, wie es zur Vermeidung des Nachtropfens von öl aus der Düse erwünscht ist, ist in den als Stellglied vorgesehenen Kolben ein Rücklaufkolben eingebaut, der beim Nachlassen des Drucks eine zusätzliche Verbindung zur Rücklaufseite herstellt so daß infolge raschen Druckabfalls das Ventil plötzlich schließt

Des weiteren ist ein Druckregelventil bekannt (US-PS 35 11 270), mit dessen Hilfe der DrucK vor dem Ventil konstant gehalten werden solL Das Stellglied besteht aus einem von einer Sollwertfeder belasteten Stützkörper, der mittels einer ringförmigen Membran im Gehäuse gehalten ist Als Verschlußstück dient eine Scheibe, deren Stirnfläche klein ist im Vergleich zur Druckfläche des Stellgliedes und die bei Auflage auf dem Ventilsitz diesen mit einer Ringfläche überragt Die Scheibe ist starr mit einer Kugel verbunden, welche von einer im Stützkörper angeordneten Feder gegen eine ebenfalls am Stützkörper befestigte Halterung gedrückt wird. Da das Verschlußstück beidseitig vom Druck im Ventilraum beaufschlagt wird, ist es bei offenem Ventil entlastet und wird durch die Feder in seiner vorderen Stellung gehalten. Wenn das Verschlußstück den Ventilsitz berührt, wird die zugehörige Druckfläche verkleinert so daß sich eine in Richtung des Ventilsitzes wirkende Kraft zusätzlich zur Feder ergibt durch die die Kugel weiterhin gegen die Halterung gedrückt wird. Erst wenn der Stützkörper sich weiter in Schließrichtung bewegt, vermag sich die Kugel von der Halterung geringfügig abzuheben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abschneideventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das sowohl schlagartig schließen als auch schlagartig öffnen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dieser Konstruktion kann das Verschlußstück unter dem Einfluß des an ihm angreifenden Drucks im Ventilraum eine Relativbewegung zum Stellglied durchführen. Dies führt zu einer gegenüber dem Stellglied raschen Bewegung des Verschlußstücks. Da das Verschlußstück im Schließzustand nur auf der Ringfläche vom Druck im Ventilraum belastet ist, beim Öffnen aber sofort die volle Stirnfläche diesem Druck ausgesetzt ist, bewegt sich die Stirnfläche vom Ventilsitz weg, und es ergibt sich das gewünschte schlagartige öffnen. Umgekehrt wird, wenn beim Schließen der Mittelteil der Stirnfläche vom Ventilsitz abgedeckt wird, schlagartig die das Verschlußstück belastende Kraft herabgesetzt, so daß die Stirnfläche stärker gegen den Ventilsitz gepreßt wird und daher auch das Abschneiden schlagartig erfolgt. Das rasche Schließen wird ohne Verwendung eines Rücklaufkolbens erzielt, so daß sich auch insofern ein einfacher Aufbau ergibt.

Hierbei liegt der Schließdruck jeweils etwas höher als der öffnungsdruck. Die Arbeits-Kennlinie hat daher eine Hysterese. Das Abschneideventil ist somit auch für solche Fälle geeignet, bei denen der Förderdruck der Pumpe periodischen Schwankungen unterworfen ist. Eine bevorzugte Anwendung ergibt sich bei einer ölfeuerungsanlage mit einer Magnetpumpe. Innerhalb des durch die Hysterese vorgegebenen Druckbereichs sind die periodischen Druckschwankungen der Pumpe ohne nachteiligen Einfluß auf den Betrieb des Abschneideventils.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2 kann das Stellglied eine im Vergleich zur Stirnfläche des Verschlußstücks sehr große Druckfläche erhalten. Dies erleichtert die zuvor beschriebene Arbeitsweise, weil bei der Verlagerung der Stirnfläche des Verschlußstücks

praktisch überhaupt keine Rückwirkungen auf das Stellglied auftreten. Außerdem wird die Membran als Abdichtelement des Verschlußstücks ausgenutzt.

Das elastische Kissen gemäß Anspruch 3 vermag sich unter dem Druck im Ventilraum zu verformen, so daß sich die wirksame Stirnfläche des Verschlußstücks gegenüber dem Stellglied verlagert Dies ergibt einen äußerst einfachen Aufbaa

Bei der Ausführung nach Anspruch * wird die das Verschi-ißstück belastende elastische Kraft von der Sollwertfeder abgeleitet aber durch den Hebel auf einen der Größe des Verschlußstücks entsprechenden Wert übersetzt

Bei der weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 5 wird eine Kombination eines Druck· egel- und Abschneideventils erzielt, die einen sehr kompakten Aufbau hat

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ölfeuerungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Abschneideventil,

F i g. 2 in vergrößerter Darstellung das Abschneideventil in der Schließstellung,

F i g. 3 das Abschneideventil während der öffnungs- 2 > bzw. Schließphase,

F i g. 4 das Abschneideventil in der Öffnungsstellung,

F i g. 5 eine andere Ausführungsforrn eines kombinierten Abschneide- und Druckregelventils und

F i g. 6 das Abschneideventil während der öffnungs- jo bzw. Schließphase.

Eine Magnetpumpe 1 weist eine Erregerwicklung 2 auf, die über einen Schalter 3 und einen Einweggleichrichter 4 von einem normalen Wechselstromnetz 5, beispielsweise mit 220 V und 50 Hz, gespeist wird. Ein zylindrischer Anker 6 ist über einen Stift 7 mit einem Pumpenkolben 8 verbunden. Auf den Stift 7 drücken eine obere Druckfeder 9 und eine untere Druckfeder 10, die sich beide an gehäusefesten Flächen abstützen. Wenn der Strom eingeschaltet wird, ergibt sich fünfzigmal in der Sekunde ein Stromimpuls, durch den der Anker 6 nach unten gezogen wird. Dies führt zu einer periodischen Schwingung des aus den Teilen 6—10 bestehenden elastischen Schwingsystems.

Der Pumpenkolben arbeitet in einem Pumpzylinder 11, der über ein Saugventil 12 mit einer Saugleitung 13 und über ein Druckventil 14 mit einer Förderleitung 15 verbunden ist. Ein Stichkanal 13a verbindet die Saugleitung 13 mit dem Inneraum 1 a der Magnetpumpe.

Von der Förderleitung 15 führt ein Leitungsabschnitt >o 16 zu einem Speicherraum 17, der durch eine elastisch rückfedernde Wand 18 begrenzt ist. Diese Wand wird durch eine Membran 19, abgestützt durch eine Stützplatte 20 und eine Feder 21, gebildet. Unterhalb der Wand 18 ergibt sich ein Ansaugraum 22, eier über einen Leitungsabschnitt 23 mit der Saugleitung 13 verbunden ist.

Die Förderleitung 15 führt zu einem kombinierten Druckregel- und Abschneideventil 24. Es besitzt ein Gehäuse 25 mit einem Druckregelventil 26, dessen eo Verschlußstück 27 durch eine Feder 28 und unter Zwischenschaltung eines Stiftes 29 gegen ein Stellglied 30 gedrückt wird. Dieses Stellglied besteht aus einem Stützkörper 31, der durch eine am Rand eingespannte Membran 32 überdeckt und durch eine Sollwertfeder 33 e^r> belastet ist. Diese läßt sich mit Hilfe einer Stellschraube 34 einjustieren. Dieses Stellglied begrenzt einen Ventilraum 35 auf einer Seite. Auf der anderen Seite befindet sich eine vom Druckregelventil 26 gesteuerte Zutrittsöffnung 36 und ein Sitz 37 eines Abschneideventils 38, das über eine Düsenleitung 39 zu einer Zerstäuberdüse 40 führt. Mit dem Ventilsitz 37 arbeitet ein Verschlußstück 41 zusammen, das hier als elastiscnes Kissen ausgebildet und im Stellglied 30 gelagert ist

Bei dieser Anlage ergibt sich im Normalbetrieb die folgende Funktionsweise. In jeiier Periode des Schwingsystems führt der Pumpenkoluen 8 einen Saughub und einen Druckhub aus. Während des Saughubs erfolgt keine Förderung. Während des Druckhubs wird eine bestimmte Fördermenge Q gefördert, die zur Hälfte über das Druckregelventi! 26 und das Abschneideventil 38 zur Düse 40 gelangt. Die andere Hälfte wird in den Speicherraum 17 geführt, wobei die Wand 18 unter Zusammendrückung der Feder 21 ausweicht Die so gespeicherte potentielle Energie dient dazu, während des nächsten Saughubes Öl über das Druckregelventil 26 und das Abschneideventil 38 zur Düse 40 zu leiten. Daher ergibt sich trotz der intermittierenden Förderung eine weitgehend konstante Düsenaustrittsmenge.

Da der Pumpenkolben 8 während des Saughubes Öl aus dem Raum la verdrängt, erfolgt das Nachfüllen des Pumpenzylinders 11 hauptsächlich durch öl aus dem Raum la. Die Saugwirkung des Kolbens 8 ist daher darauf beschränkt, daß während des Druckhubes öl in den Raum la gesaugt wird. Durch die Anwendung des Ansaugraumes 22 ergibt sich auch während des Saughubes des Kolbens 8, wenn sich nämlich der Speicherraum 17 verkleinert, eine Saugwirkung. Demnach strömt sowohl während des Druckhubes als auch während des Saughubes des Kolbens 8 öl in einer Richtung durch die Saugleitung 13. Es stellt sich eine annähernd kontinuierliche mittlere Strömung ein, die sich wenig durch Stöße und Schläge bemerkbar macht.

Das Druckregelventil arbeitet in der Weise, daß bei steigendem Förderdruck die Membran 32 gegen die Kraft der Feder 33 nach unten gedrückt und dadurch der Drosselquerschnitt verkleinert wird. Demzufolge wird der Drosselwiderstand größer. Der Druck im Ventilraum 35 ist daher annähernd konstant. Unter diesem Druck wird bei geöffnetem Abschneideventil 38 aus der Düse 40 eine vorbestimmte Ölmenge abgegeben. Wenn der Pumpenkolben 8 größere Hübe durchführt als dieser Menge entspricht, steigt der Druck in der Förderleitung 15. Diese Drucksteigerung wirkt sich dämpfend auf das Schwingsystem aus, so daß die Hübe automatisch auf den erforderlichen Wert begrenzt werden.

Für die Funktion des Abschneideventils sei auf die F i g. 2 — 4 verwiesen. In F i g. 2 ist angenommen, daß die Pumpe abgeschaltet ist. Die Sollwertfeder 33 drückt den Stützkörper 31 nach oben und damit das Verschlußstück 41 in der Form des elastischen Kissens gegen den Abschneideventilsitz 37. Dieser habe den Durchmesser f, während das Verschlußstück den Durchmesser Fhabe. Beim Einschalten der Pumpe steigt der Druck im Ventilraum 35 allmählich. Der Stützkörper 31 bewegt sich gegen die Kraft der Sollwertfeder 33 nach unten (F i g. 3). Hierbei dehnt sich das elastische Kissen 41 aus, so daß das Abschneideventil noch geschlossen ist. Der im Ventilraum 35 herrschende Druck wirkt lediglich auf Jie Ringfläche (F- f). Sobald diese Kraft ausreicht, um im Rahmen der übrigen Stellung des Stützkörpers das Verschlußstück 41 so weit zusammenzudrücken, daß eine kleine öffnung des Ventilsitzes 37 erfolgt, wirkt der im Ventilraum 35 herrschende Druck auf die gesamte

Fläche F des Verschlußstücks und drückt dieses zusammen (Fig.4). Daher erfolgt ein schlagartiges Öffnen. Wenn während des Betriebs der Pumpendruck so weit absinkt, daß das zusammengedrückte Verschlußstück 41 am Ventilsitz 37 zur Anlage kommt, erfolgt die Zusammenpressung wiederum nur noch durch den auf die Ringfläche (F- f) wirkenden Druck. Es ergibt sich daher schlagartig ein dichtes Abschließen des Abschneideventils, wie es zur Vermeidung des Nachtropfens erwünscht ist.

Für ein Beispiel sei angenommen, daß der Arbeitsdruck der Pumpe lOatü beträgt und daß die Durchmesser des Abschneideventilsitzes 2 mm und des elastischen Kissens 3 mm betragen. Dann ergeben sich annähernd die Flächen /=3 mm² und F= 7 mm². Wenn das Abschneideventil geschlossen ist, aber der öffnungsdruck von etwa lOatü fast erreicht ist, wirkt auf die Ringfläche (F- f) des elastischen Kissens eine Kraft von etwa 400 g, da in der Düsenleitung 39 kein Druck herrscht. Wird nun bei weiter erhöhtem Druck das Kissen von dem Sitz entfernt, wirkt der Druck über die gesamte Kissenfläche, was einer Kraft von etwa 700 g entspricht. Wenn das Kissen eine Elastizität in einem Arbeitsbereich zwischen 400 und 700 g hat, ergibt sich die erstrebte Schnappwirkung (on-off Effekt). Denn die Verteilung des Öls über die gesamte Fläche des Kissens geschieht äußerst rasch.

Umgekehrt ergibt sich auch beim Absperrzeitpunkt ein schnelles Schließen. Wenn sich nämlich das elastische Kissen dem Sitz 37 nähert, nimmt die auf das Kissen wirkende Kraft ab. Das Kissen »wächst« unter seiner Elastizität praktisch auf den Sitz 37 zu, was wiederum so rasch vor sich geht, daß ein rasches Abschneiden gewährleistet ist. Hierbei liegt der Abschneidedruck etwas unterhalb des Öffnungsdrucks. Dies ist aber erstrebt, weil geringe Druckschwankungen, die den Düsenbetrieb nicht stören, das Abschneideventil noch nicht zum Schließen bringen sollen.

Bei der Ausführungsform nach den Fig.5 und 6 werden für analoge Teile dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1—4 verwendet In diesem Fall ist das Verschlußstück 42 des Abschneideventils 38 ein von der Membran 32 überdeckter, oben gewölbter Zylinder, der in der Ruhestellung auf einer Schulter 43 des Stützkörpers 31 ruht und einen Stiftfortsatz 44 aufweist Dieser stützt sich auf einem Hebel 45 ab, der mittig auf einem zylindrischen Lager 46 abgestützt ist, das in einer von der Sollwertfeder 33 belasteten Schale 47 ruht. Der Hebel ist auf der gegenüberliegenden Seite an einem Punkt 48 am Stützkörper 31 abgestützt.

-, Es sei angenommen, daß der Ventilsitz 37 wieder eine Querschnittsfläche f, das Verschlußstück 42 eine Fläche F hat und daß der Ventilraum 35 eine Fläche G hat. Bezogen auf den Punkt 48 hat der Abstützpunkt am Lager 46 einen Hebelarm / und der Abstützpunkt des

in Stiftes 44 einen Hebelarm L Es ist erstrebenswert, die Verhältnisse so zu wählen, daß die folgende Beziehung gilt:

F-f

Solange die Pumpe nicht in Betrieb ist, liegt die Gesamtanordnung, so wie sie in F i g. 5 veranschaulicht ist, etwas höher, derart, daß das Verschlußstück 42 den Ventilsitz 37 abdichtet. Steigt nun der Druck im Ventilraum 35, so bewegt sich der Stützkörper 31 nach unten. Hierbei wird aber das Verschlußstück durch den Hebel 45 weiter nach oben gedrückt, so daß die Verschlußstellung beibehalten bleibt (Fig.6). Sobald nun der auf die Ringfläche (F-f) wirkende Druck ausreicht, um den vom Hebel übertragenen Teil der Kraft der Sollwertfeder zu überwinden, öffnet das Ventil; sofort steht die gesamte Fläche F unter dem Druck, und es ergibt sich die gewünschte Schnappwir-

kung für das öffnen. Ähnlich ist es beim Schließvorgang. Wenn sich das Verschlußstück 42 dem Ventilsitz 37 nähert und der Druck innerhalb der Fläche / nachläßt, »wächst« das Verschlußstück 42 dem Sitz 37 entgegen, so daß schlagartig ein Schließen erfolgt.

Die genauen Größenverhältnisse der einzelnen Flächen bzw. Hebellängen werden für einen bestimmten Arbeitsdruck berechnet Das Abschneideventil arbeitet dann aber auch noch in einem verhältnismäßig großen Bereich des Arbeitsdrucks. Wenn beispielsweise die Bemessung für lOatü erfolgte, ist ein einwandfreies Arbeiten auch noch bei Druckeinstellungen von 7 — 14 atu möglich.

Das Abschneideventil eignet sich nicht nur für die dargestellte Magnetpumpen-Förderanlage, sondern auch für alle anderen Anlagen, z.B. solche mit Zahnradpumpen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abschneideventil mit einem Ventilsitz und einem Verschlußstück für ölfeuerungsanlagen, bei dem ein stromaufwärts vom Ventilsitz angeordneter Ventilraum auf einer Seite durch die Druckfläche eines das Verschlußstück betätigenden Stellgliedes begrenzt ist, das auf der dem Ventilraum abgewandten Seite durch eine den Schließ- bzw. Öffnungsdruck des Öls festlegende Sollwertfeder belastet ist und das auf der dem Ventilraum zugewandten Seite das nur stirnseitig vom Druck im Ventilraum belastbare Verschlußstück trägt, dessen Stirnfläche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt und klein im Vergleich zur Druckfläche des Stellglieds ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Verschlußstücks (41; 42) bei Auflage auf dem Ventilsitz (37) diesen mit einer Ringfläche überragt und bei einem Wechsel von einer Druckbelastung der Ringfläche zu einer Druckbelastung der gesamten Stirnfläche gegen eine elastische Kraft relativ zum Stellglied axial verlagerbar ist

2. Abschneideventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (41; 42) in einem als Stellglied (30) dienenden Stützkörper (31> gelagert ist und daß die eine Seite des Ventilraums (35) durch eine Membran (32) begrenzt ist, die den Stützkörper (31) und das Verschlußstück überdeckt.

3. Abschneideventil nach Anspruch 1 oder 2, jo dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück

(41) ein elastisches Kissen ist.

4. Abschneideventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück

(42) ein durch einen Hebel (45) belasteter Körper ist und daß der Hebel einerseits etwa mittig auf einem durch die Sollwertfeder (33) belasteten Lager (46) und andererseits auf der dem Verschlußstück gegenüberliegenden Seite über einen kürzeren Hebelarm an einer außermittigen Stelle (48) des Stellglieds (30) abgestützt ist.

5. Abschneideventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mit einem ein Verschlußstück aufweisenden Druckregelventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (31) über einen Stift (29) das Verschlußstück (27) des dem Ventilraum (35) vorgeschalteten Druckregelventils (26) betätigt.

6. Anwendung des Abschneideventils nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei einer (^feuerungsanlage mit einer Magnetpumpe. to