DE2113602A1 - Absperrorgan mit druckentlastetem Verschlussorgan - Google Patents

Description

• Absperrorgan mit druckentlastetem Verschlußorgan Die Erfindung betrifft ein bsperrorgan, insbesondere ein Stellglied, mit einem druckentlasteten, mit einem Sitz zusammenwirkenden Verschlußorgan sowie einem Druckentlastungsraum, in welchem ein mit dem Verschlußorgan bewegungsmäßig verbundenes Glied angeordnet ist, wobei der Druckentlastungsraum mit dem in Strömungsrichtung vor dem Verschlußorgan liegenden Gehäuseraum hydraulisch verbunden gegenüber dem dahinter liegenden, jedoch abgedichtet ist. Absperrorgane, d.h.
• Ventile dieser Art sind an sich bereits bekannt. Bei ihnen wird der auf den Ventilkegel wirkende Druck durch eine hohle Ventilstange auf den Entlastungskolben oder Entlastungsbalg übertragen. Weiter sind Ventile bekannt, bei denen der auf den Ventilkegel wirkende Druck über ein außerhalb des Vrentilgehäuses angebrachtes Rohr, welches vorzugsweise an einer Verstärkung des Eintrittsflansches angebracht ist, auf den Entlastungskolben bzw. -balg übertragen wird. Im geschlossenen Zustand wirlct der in öffnenden Sinne am Ventilkegel angreifenden Kraft, aus dem Produkt Druck P1 mal wirksame Kegelfläche, eine gleich große Kraft entgegen, die sich aus dem Produkt Druck P1 aal der wirksamen, dem Ventilkegel fläehengleiehen Kolben. bzw. Metallbalquerschnitt ergibt, so daß keine Kraft im öffnenden oder schließenden Sinne frei wird.
• Bei einem geringen Hub dagegen wirken am Entlastungskolben bzw. -balg unterschiedliche Kräfte, die darauf zurückzuführen sind, daß aufgrund der Strömungsverhältnisse der wirksame Druck vom Mittelpunkt des Ventilkegels nach außen zur Kegelabdichtkante hin stetig abnimmt. Bei den Ventilen dieser Bauart wirkt daher schon kurz nach dem Offnen des Ventilkegels eine Differenzkraft im schließenden Sinne, so daß zur Überwindung dieser Kraft eine verstärkte Ventilöffnungsfeder eingebaut werden muß. Bei geschlossenem Ventil dagegen sind die durch den Differenzdruck hervorgerufenen Kräfte ausgeglichen, so daß die Vorspannkraft der verstärkten Ventilöffnungsfeder öffnend am Ventilsystem und damit nachteilig für die Verstellkräfte wirkt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Absperrorgan der genannten @attung zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile des bekannten Standes der Technik vermeidet.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein derartiges Absperrorgan vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß iri Strömungsrichtung vor dem Ventilsitz eine insbesondere rohrförmige @ngstelle liegt und die Verbindungsleitung oder der Verbindungskanal zum Druckentlassungsraum an der @ngstelle mündet bzw. beginnt. Bei diesem Absperrorgan können sich die störenden Kräfte aufgrund der dynamischen Druckverhältnisse nicht auswirken. Die physikalischen Zusammenhänge zwischen Druck und Geschwindigkeit sind hierbei mit denen einer Düse in etwa vergleichbar.
• Die Mündungsstelle bzw. -stellen befinden sich gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes, also kurz vor derjenigen Stelle, an welcher sich der Strömungsquerschnitt plötzlich erweitert.
• Bei einem Abaperrorgan mit einem, an einer, in eine Gehäusebohrung einsetzbaren Buchse, insbesondere Bundbuchse angebrauchten Ventilsitz besitzt die Buchse in weiterer Aus&estaltung der Erfindung wenigstens eine Radialbohrung, deren inneres Ende die Mündungsöffnung des Verbindungskanale oder dgl. zum Druckentlastungsraum bildet und die Teil dieses Verbindungskanals darstellt. An diese Radialbohrung schließt sich also ein gehäuseeigner Verbindungskanal oder eine Verbindungsleitung unmittelbar an, wobei selbstverständlich auf eine entsprechende Abdichtung zu achten ist.
• Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende bzw. die äußeren Enden der Radialbohrung bzw. -bohrungen in einen Ringkanal der Buchse und/oder des Gehäuses mündet bzw. münden. Diesen Merkmal kommt in erster Linie bei Verwendung mehrerer Radialbohrungen im Gehäuse oder einer darin eingesetzten Buchse Bedeutung zu. Der Ringkanal oder eine Ringnut sammelt die über die verschiedenen zur Engstelle führenden Bohrungen zugestrdmten Mengen und gibt sie an den Verbindungskanal oder die Verbindungsleitung weiter, der bzw. die ebenfalls in den Ringkanal mündet.
• Die Radialbohrung erstreckt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung senkrecht zur Längsachse der Engstelle bzw. Buchse.
• Bei einer anderen Variante der Erfindung verlauft wenigstens das innere Ende des Verbindungskanals bzw. der Radial-Bohrung geneigt zur Längsachse der Engstelle bzw. Buchse und bildet mit der Strömungsrichtung einen spitzen Winkel von weniger als 90°. Um Mißverständnisse auszuschließen, wird ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen, aus welcher hervorgeht, daß in Strömungsrichtung; gesehen die Mündung der Bohrung den vor dersten Punkt der Radialbohrung bzw. des Verbindungskanalendes bildet. Es soll also vermieden werden, daß das durch die Engstelle strömende Medium ohne wesentliche Umlenkung in die Radialbohrung bzw. die Verbindungsleitung gelangt.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verbindungskanal oder dgl. bzw. die Radialbohrung über ein in die Engstelle hineinragendes Rohrstück verlängert, das insbesondere etwa in der Mittelachse der Engstelle endigt. Das freie Ende des Rohrstücks ist vorzugsweise so angeschrägt, daß der in Strömungsrichtung hintere Umfangsteil länger ist als der vordere. Eine bevorzugte Abschrägung erfolgt unter 45°.
• Gemaß einer anderen Ausführungsform der Erfindung iit das innere Ende des Rohrstücks verschlossen und überdies ist an der in Strömungsrichtung vorne liegenden Mantelfläche, also der Abströmfläche, wenigstens eine Verbindungsbohrung zum Rohrstückinnern angeordnet. Der Querschnitt dieser Verbindungsbohrung bzw. -bohrungen kann wesentlich kleiner sein als der des Rohrstücks und des Verbindungskanale.
• In zweckläßiger und an sich bekannter Weise trägt die das Verschlußorgan tragende Spindel auch den Kolben oder eine axial druckbelastbare Scheibe des Druckentlastungsraumes.
• Dabei ist der Kolben in üblicher Weise in einem entsprechenden Zylinder des Druckentlastungsraumes hin- und herverschiebbar und konzentrisch zum Verschlußorgan, also dem Ventilteller oder -Regel angebracht. Entsprechende Kolbenringe sorgen für eine Abdichtung zum Abströmraum des Ventils.
• Bei einer anderen Ausführungsform wird statt eines Kolbens und eines Zylinders eine fest mit der Ventilspindel verbundene Scheibe verwendet, die über einen Faltenbalg mit der Gehäuse oder einen darin eingesetzten eil verbunden ist, wobei beide Verbindungsstellen der Balgenden nicht asgeführt sind.
• Die Spindel des Absperrorgans ist in zweckmäßiger Weise durch eine Feder in axialer Richtung im öffnenden @inne druckbeaufschlagt. Die Kraft der Feder muß auf die am Absperrorgan angreifenden hydraulischen Kräfte selbstverständlich abgestimmt sein.
• @n der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 einen vertikalen schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absperrorgans, Figur 2 einen analogen Schnitt durch eine zweite Ausführungsforin, Figuren vertikale Schnitte durch verschiedene Ausführungsbei-3 bis 6 spiele der in das Gehäuse eingesetzten Buchse mit dem Ventilsitz.
• Bei den Ausführungsbeispielen handelt es sich jeweils um Ventile mit zwei Anschlußflanschen für den Zu- und Abfluß des zu regelnden Mediums. Derartige Ventile werden insbesondere in Regelkreisen als Stellglieder verwendet. Beide Ausführungsformen sind mit einer in Richtung des Doppelpfeils 1 verschiebbar gelagerten Ventilspindel 2 versehen, an deren einem Ende ein Ventilteller 3 angebracht oder angeformt ist. Statt eines Ventiltellers kann auch ein Ventilkegel oder dgl. Verwendung finden. Das Absperrorgan bzw. der Ventilteller 3 arbeitet mit einem Ventilsitz 4 zusammen, der durch die ihm zugekehrte Stirnfläche der Bundbuchse 5 gebildet wird. bei dicht am Ventilsitz 4 anliegendem Ventilteller 3 wird der in Strömungsrichtung 6 hinter der Absperrstelle gelegene Ventilgehäuseraum 8 von dem vorliegenden 7 abgetrennt. Letzterer ist mit dem Anschlußstutzen 9 für den Zufluß verbunden. Zwischen den Gehäuseräumen 7 und 8 liegt eine Engstelle 10, die durch die Bohrung der Bundbuchse 5 gebildet wird.
• Durch das Gehäuseteil 11 und das Einsatzteil 12 wird noch ein Druckausgleichsraum 13 begrenzt. Dieser ist über eine Verbindungsleitung 14 und einc sich daran anschließende Radialbohrung 15 der Buchse 5 mit der Engstelle 10 also der Buchse@bohrung verbunden. Das innere Ende 10 der Radialbohrung 15 mündet also in die Engstelle. Damit herrscht im Gehäuseraum 7 und im Druckausgleichsraum 13 derselbe Druck.
• Ein rohrförmiger Ansatz 17 d@s Einsatzteils 12 bildet einen Zylinder für einen Kolben 18, der fest mit der Ventilspindel oder Kolbenstange 2 verbunden ist. Zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuseraum 8 dient eine Dichtung, beispielsweise ein O-Ring 19. Bohrungen 20 verbinden den Gehäuseraum 8 mit dem Zylinderraum 21, wodurch auch in diesen beiden Räumen der gleiche Druck herrscht. Die wirksamen Flächen 22 und 23 des Ventiltellers 3 sowie 24 und 25 des Kolbens 18 sind so aufeinander abgestimmt, daß bei den herrschenden Drücken zum dichten Anschluß des Ventils nur geringe Kräfte erforderlich sind. Zusätzlich zu diesen hydraulischen Kräften wirkt an der 'ientilspinael oder Kolbenstange 2 nach die Kraft einer Druckfeder 26, die sich einerseits an dem am äußeren iEnde 27 der Ventilspindel 2 befestigten Ring 28 und andererseits der Fläche 29 des Gehäuseteil 11 abstützt. Die Feder 2@ wirkt demnach im öffnenden Sinne auf den Ventilteller 3 ein.
• Die Ausführungsform gemäß Figur 2 unterscheidet sich von derjenigen der Figur 1 im wesentlichen dadurch, daß statt eines Kolbens und eines Zylinders eine fest mit der Spindel 2 verbundene scheibe verwendet wird. Zwischen dieser und den mit Ausnahme des Zylinders gleich ausgebildeten Einsatzteil 31 ist ein Faltenbalg 32 geschaltet. Seine beiden Enden sind dicht mit dem Einsatzteil und der Scheibe verbunden. Im übrigen ist die Wirkungsweise genau gleich.
• In den Figuren 3 bis 6 sind verschiedeae Ausführungsformen der Bundbuchse dargestellt. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die verschiedene Anordnung der Mündung der Radialbohrung bzw. die Zuordnung derselben zum Ventilsitz 4. Unterschiede bestehen auch hinsichtlich des Verlaufs dieser Radialbohrung.
• In Figur 3 verläuft die radiale Bohrung 15 schrägt zur Strömungsrichtung 6 und bildet mit dieser einen spitzen Winkel 33. In de@ Figuren 5 und 6 beträgt dieser Winkel genau 90°, während er in Figur 4 besonders spitz ist und sich dort an die fast in axialer Richtung verlaujende Radialbohrung 15 noch ein senkrecht zur Bichsenlängsachse gerichtetes Stück 34 anschließt. Letzteres mündet in einen Ringkanal 35, der außen in die Einschraubbuchse eingestochen ist. Derselbe Ringkanal findet sich auch bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3. @@@ kommt besonders dann Bedeutung zu, wenn mehrere Radialbohrungen an einer Buchse vorgesehen sind. Sämtliche Buchsen sind übrigens mit einer trichterartigen @erengung 36 ausgestattet, die ihnen die erwähnte Wirkung einer Düse verleiht. beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist außerdem noch am Austritt eine trichterförmige Erweiterung 37 vorgesehen, in welche die Radialbohrung 15 mündet.
• Bei samtlichen Ausführungsformen der Figuren 3 bis 6 ist die Gehäusewandung 38 von dem Ende 39 der Verbindungsleitung 14 durchsetzt. Es endigt in den Figuren 3 und 4 am Ringkanal 35, während es in den Figuren 5 und 5 die Wandung der Buchse 5 radial durchsetzt und bis zur Buchselachse ragt. Dieses Ende ist in Figur 5 unter einem Winkel 40 abgeschrägt, der vorzugsweise 45° mit der Längsachse der Buchse einschließt. In Figur 6 ist dieses Ende dagegen verschlossen. Dafür sind auf der Abströmseite 41 verschiedene Durchtrittsbohrungen 42 kleineren Durchmessers vorgesehen. Bei allen Ausführungsformen ist demnach dafür gesorgt, daß der in Richtung 6 durch die Buchse fließende Strom nicht unmittelbar, sondern erst nach einer gewissen Umlenkung in die radiale Bohrung eintreten kann.

Claims (11)

A n s p r ü c h e

1. Absperrorgan, insbesondere Stellglied, mit einem druckentlasteten, mit einem Sitz zusammenwirkenden Verschlußorgan sowie einem Druckentlastungsraum, in welchem ein mit dem Verschlußorgan bewegungsmäßig verbundenes Glied angeordnet ist, wobei der Druckentlastungsraum mit dem in Strömungsrichtung vor dem Verschlußorgan liegenden Gehäuseraum hydraulisch verbunden, gegenüber dem dahinter liegenden jedoch abgedichtet ist, dadurch gekenazeichnet, daß in Strömungsrichtung (6) vor dem Ventilsitz eine insbesondere rohrförmige Engstelle (10) liegt und die Verbindungsleitung (14) oder der Verbindungskanal zum Druckentlastungsraum (13) an der Engstelle mündet.

2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsstelle (1@) in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzen (4) gelegen ist.

3. Absperrorgan mit einem an einer, in eine Gehäusebohrung einsetzbaren Buchse, insbesondere Bundbuchse angebrachten Ventilsitz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (5) wenigstens eine Radialbohrung 15) besitzt, deren inneres Ende (16) die Mündungsöffnung des Verbindungskanals oder dgl. zum Druckentlastungsraum bildet und die Teil dieses Verbindungskanals (1@) darstellt.

4. Absperrorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende bzw. die äußeren Enden der Radialbohrung (15) bzw. -bohrungen in einen Ringkanal (35) der Buchse (5) und/oder des Gehäuses mündet bzw. münden.

5* Absperrorgan nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß aich die Radialbohrung (15) senkrecht zur Längsachse der Engstelle bzw. Buchse (5) erstreckt.

G. Absperrorgan nach einem oder inehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daaß wenigstens das innere Ende (16) des Verbindungskanals (14) bzw. der adialbohrungen (15) geneigt zur Längsachse der Engstelle (lo) bzw. buchse (5) verläuft und mit der Strömungsrichtung (6) einen spitzen Winkel (33) von weniger als 90° bildet.

7. Absperrorgan nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß des Verbindungskanal (14) oder dgl. bzw. die Radialbohrung (15) über ein in die Engstelle (10) hineinragendes Rohrstück (39) verlängert ist, das insbesondere etwa in der Mittelachse endigt.

8. Absperrorgan nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Rohrstücks so angeschrägt ist, daß der in Strömungsrichtung (6) hintere Umfangsteil länger ist als der vordere.

9. Absperrorgan nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende des Rohrstücks (39) verschlossen ist und an der in Strömungsrichtung (6) vorne liegenden Mantelfläche wenigstens eine Verbindungsbohrung (42) zum Rohrstücki@@ern angeordnet ist.

10. Absperrorgan nach einem oder mehreren der vorbergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die das verschlußorgan (3) tragende Spindel (2) auch den Kolben (18) oder eine axial druckbelastbare Scheibe (30) des Druckentlastungsraumes (13) trägt.

11. Absperrorgan nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (2) des Absperrorgans durch eine @@@@ (26) in axialer Richtung im öffnenden Sinne druckbeaufschlagt ist.