DE69517363T2

DE69517363T2 - Anordnung in Regelventilen

Info

Publication number: DE69517363T2
Application number: DE69517363T
Authority: DE
Inventors: Knut Enarson; Sven-Ake Jacobsson
Original assignee: BTG Kalle Inventing AB
Current assignee: BTG Kalle Inventing AB
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2015-03-21
Also published as: EP0677687A1; JPH0854071A; ATE193762T1; SE9401306L; SE9401306D0; US5964248A; SE501803C2; EP0677687B1; DE69517363D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung bei Regelventilen für Dampf, Gase oder Flüssigkeiten, wie angegeben in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche Anordnung ist aus der GB-A-2 265 966 bekannt.
Regelventile, die sich zur Zeit auf dem Markt befinden, haben einen befestigten Käfig und eine beweglichen Ventilkörper, der unterhalb einer Dichtungsfläche abrupt abgeschnitten ist, sodaß so eine Ventilcharakteristik des Typs bereitgestellt wird, der die Bedeutung eines raschen Öffnens für kleine Öffnungserweiterungen hat. Die Ursache dafür ist, daß die Leckage über den Spalt zwischen dem befestigten Käfig und dem beweglichen Körper beträchtlich ist, was die Schwierigkeit einer genauen Regelung von kleinen Strömungen zur Folge hat. Aus rein technischen Gründen ist es nicht möglich, kleine Zwischenräume zwischen dem befestigten Käfig und dem Ventilkörper zu haben. Der Käfig ist nämlich an seiner Außenseite einem Druck ausgesetzt, insbesondere, wenn das zu regelnde Medium überhitzter Dampf ist, der bsp. eine Temperatur von 540ºC haben kann. Da der Käfig dann zu einem Zusammenziehen veranlaßt wird, muß der Zwischenraum zwischen dem Käfig und dem Ventilkörper relativ groß sein, um ein Ankleben oder ein Einfangen des Körpers in den Käfig während der Betriebsdauer zu vermeiden, für welche das Ventil entworfen worden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Ventils der in der Einleitung erwähnten Art, bei welchem die damit verbundenen Probleme ausgeschaltet worden sind. Die unterscheidenden Merkmale der Erfindung sind in dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegeben. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Als Folge der vorliegenden Erfindung ist jetzt eine Anordnung bei Regelventilen erhalten worden, die ihren Zweck ausgezeichnet erfüllt, während sie auch billig und relativ einfach zu fertigen ist. Mit dem erfindungsgemäßen Regelventil wird eine verbesserte Regelung für kleine Öffnungserweiterungen erhalten, in der Kombination mit einer großen Strömungskapazität, wenn es voll offen ist. Es wird so ein großer Regelbereich erhalten, ohne daß die Regelgenauigkeit für kleine Strömungen aufgegeben wird. Durch die Anordnung gemäß der Erfindung eines kurzen Käfigs oder Randes mit Drosselöffnungen an dem beweglichen Ventilkörper wird ein zusätzlicher Drosselungsort für kleine Öffnungserweiterungen erhalten. Der kleine kurze Rand an dem Ventilkörper kann zusätzlich mit einem sehr kleinen Zwischenraum zwischen dem Käfig und dem Sitz versehen werden, sodaß die Spaltleckage dadurch klein wird. Die Sitzfläche ist an dem Ventilgehäuse thermisch flexibel befestigt, was ein Vorteil ist, da die Sitzfläche für Übergangsbedingungen viel rascher erwärmt wird als das Gehäuse, sodaß sich die Sitzfläche dann ausdehnen kann, obwohl sich das Gehäuse langsamer aufwärmt als sie selbst. Der kurze Rand an dem Körper wird in einem solchen Fall mit derselben Rate aufgewärmt wie die Sitzfläche, wodurch der Zwischenraum klein gehalten werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend im Detail genauer beschrieben, für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, bei welchen
Fig. 1 eine schematische Vertikalschnittansicht eines Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Vergrößerung eines Teils des Querschnitts in Fig. 1.
Aus den Zeichnungen ist ersichtlich, daß das Regelventil gemäß dem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einen Käfig 2 aufweist, der in einem Ventilgehäuse 1 fest angeordnet ist und einen beweglichen Ventilkörper 3 aufnimmt. Letzterer ist über eine Spindel 4 mit einer nicht dargestellten, linear betriebenen Einstelleinrichtung für einen Positionsregler verbunden, um die Position des Ventilkörpers 3 in dem befestigten Käfig 2 einzustellen. In der unteren Position des Körpers 3 ist seine Dichtungsfläche 5 gegen eine Sitzfläche 6 in dem Ventilgehäuse 1 zur Wirkverbindung gebracht. Wenn der Körper 3 in dem Käfig 2 allmählich nach oben abgezogen wird, werden Öffnungen 9 in dem Käfig freigelegt, sodaß sich als Folge der Durchflußbereich des Ventils vergrößert. Der Körper 3 hat einen kurzen Käfigbereich oder Rand 10, der mit der Sitzfläche 6 zusammenwirkt, wobei dieser Rand eine Vielzahl entweder von Öffnungen oder Nuten 11 aufweist. Während des Beginns der Öffnungsphase des Ventils und während der Bewegung des Körpers weg von seiner abdichtenden Wirkverbindung mit der Sitzfläche 6 werden diese Öffnungen nacheinander freigelegt, und wenn sich der Körper gegen seine abdichtende Wirkverbindung an der Sitzfläche bewegt, werden sie aufeinanderfolgend verschlossen. Ein besonderer Drosselungsort für kleine Öffnungsausmaße wird so bereitgestellt. Auf diese Weise wird eine große Regelgenauigkeit selbst für kleine Strömungsmengen erhalten.
Der an dem Ventilkörper 3 ausgebildete Rand 10 erstreckt sich als eine Fortsetzung der Körperlänge in seiner Bewegungsrichtung, wobei diese Verlängerung vorzugsweise 10 bis 50% der Entfernung ist, die von dem Körper in der Bohrung des Käfigs 2 zurückgelegt wird, der in dem Ventilgehäuse 1 befestigt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Länge des Randes 10 etwa 30% der gerade erwähnten Entfernung betragen. Der Rand 10 ist auch an dem Durchmesser konzentrisch verringert, der dem Innendurchmesser der Sitzfläche 6 entspricht. Die Sitzfläche der Dichtungsfläche 12 kann konisch ausgeführt sein für ein Zusammenwirken mit der Dichtungsfläche 5 des Ventilkörpers, die ebenfalls konisch ist, wobei die Basis des imaginären Konus oben und seine Spitze unten ist. Die Öffnungen 9 in dem befestigten Käfig 2 und die Öffnungen 11 in dem Rand 10 können konisch oder geneigt in Bezug auf die Bewegung des Ventilkörpers ausgeführt sein.
Die Dichtungsfläche 12 an der Sitzfläche 6 des Ventilgehäuses, wobei diese Fläche mit der Sitzfläche 5 des Ventilkörpers zusammenwirkt, setzt sich nach unten fort als eine Dichtungsfläche 7, die zu der Zylinderfläche 13 des Randes 10 konzentrisch ist und damit zusammenwirkt. Die Sitzfläche 6 und die zugeordnete vertikale Dichtungsfläche 7 bestehen aus einer separaten Einheit, die an dem Ventilgehäuse 1 thermisch flexibel befestigt ist, sodaß so ein sehr kleiner Zwischenraum zwischen dem Rand 10 und der Dichtungsfläche 7 beibehalten werden kann. Daraus resultiert eine praktisch vernachlässigbare Spaltleckage. Da die Einheit 8 als eine flexible äußere Hülse ausgeführt ist, kann sich die Sitzfläche 6 ausweiten, selbst wenn das Ventilgehäuse 1 langsamer erwärmt wird als diese Sitzfläche. Der kurze Rand 10 an dem Ventilkörper 3 wird erwärmt und mit derselben Rate ausgedehnt wie die Sitzfläche 6, sodaß dadurch Gebrauch von einem kleinen Zwischenraum gemacht werden kann. Wenn das Regelventil normal benutzt wird, befindet sich der Ventilkörper 3 in einer Einstellung, welche einen Durchfluß von 20 bis 100% erlaubt, wobei der Druckabfall an dem Rand 10 dann klein ist, und er wird nicht zu einem Zusammenziehen gebracht, sodaß es so möglich ist, einen beab sichtigten Zwischenraum für die gesamte Betriebsdauer des Ventils beizubehalten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform kann der untere Randbereich 14 des Randes 10 abgeschrägt sein. Die Sitzflächen können auch mit einer harten Beschichtung versehen sein, welche hohen Temperaturen widersteht, sodaß sie gegenüber einer Formveränderung stabil bleiben und sie gute Eigenschaften bezüglich einer Verschleißfestigkeit, gegenüber Korrosion und einem Zusammenziehen erhalten.
Die Öffnungen 9 und 11 in dem Käfig 2 und dem Rand 10 sind an den Zylinderflächen für eine Überlappung angeordnet, sodaß so eine sogenannte "Stufenwirkung" in der Bereich- und Strömungskennlinie vermieden wird. Durch die Auswahl von kleinen Öffnungen in dem äußeren, befestigten Käfig 2 wird eine Beanspruchungsfunktion erhalten, bei welcher irgendwelche große Teilchen in dem durch das Ventil zu regelnden Medium an einem Durchgang gehindert werden für die Verursachung eines Abriebes und einer anderen Beschädigung der Dichtungsflächen und anderer stromabwärts gelegener Komponenten. Zusätzlich kann die Strömungskapazität für große Öffnungsgrade vergrößert werden durch Bereitstellung eines einen Druck wiedererlangenden Kegels unter der Sitzfläche 6 und/oder durch ein Abziehen des Ventilkörpers von der Sitzfläche, sodaß die letztere auch bei voller Durchströmung einen Beschränkungsbereich ergibt. Da der Ventilkörper kürzer ist als sein Hub, wird der Körper vollständig von der Sitzfläche abgezogen, was also bedeutet, daß sich der Durchflußbereich mit der Materialdicke an dem Rand vergrößert. Dadurch ergibt sich umgekehrt eine Vergrößerung der Kapazität und folglich eine bessere Nutzung der Größe des Ventilkörpers.

Claims

1. Anordnung bei Regelventilen für Dampf, Gase oder Flüssigkeiten, welche einen in einem Ventilgehäuse (1) fest angeordneten Käfig (2) aufweist, wobei sich in dem Käfig ein beweglicher Ventilkörper (3) befindet, der darin über eine Spindel (4) positionsmäßig einstellbar ist, welcher Ventilkörper in seiner unteren Position über eine an ihm vorhandene Dichtungsfläche (5) mit einer Sitzfläche (6) in dem Ventilgehäuse (1) abdichtend in Wirkverbindung bringbar ist, während seiner Bewegung in seine obere, d. h. voll offene, Position dieser Ventilkörper nacheinander Öffnungen (9) in dem befestigten Käfig (2) für das in das Ventil eintretende Gas oder die Flüssigkeit aufdeckt, um eine allmähliche Vergrößerung des Durchflußbereichs für das Ventil zu erreichen, wobei der Ventilkörper (3) einen kurzen Käfigbereich oder Rand (10) aufweist, der mit der Sitzfläche (6) zusammenwirkt, und in dem Rand eine Vielzahl von Öffnungen oder Nuten (11) vorgesehen ist, die nacheinander am Beginn der Öffnungsphase des Ventils aufgedeckt werden, sobald sich der Körper von seiner abdichtenden Wirkverbindung mit der Sitzfläche (6) wegbewegt, oder welche während der Schließphase des Ventils verschlossen werden, während sich der Körper in seine abdichtende Wirkverbindung mit der Sitzfläche (6) bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweistufige Regelung für kleine Flüssigkeitsströmungen und eine einstufige Regelung für große Strömungen vorgesehen ist, wobei kleine Strömungen durch das Ventil hindurch in der Strömungsrichtung von einem Einlaß stromaufwärts von den Öffnungen (9) und nach außen durch einen Auslaß hindurch stromabwärts von der Sitzfläche (6) geregelt werden, die erste Stufe in dem Käfig (2) den beweglichen Ventilkörper (3) umgibt und die zweite Stufe in dem kurzen Käfigbereich oder Rand (10) in den eigentlichen Ventilkörper (3) integriert ist und dabei die zweite Stufe eine größere Regelgenauigkeit für kleine Öffnungszunahmen bereitstellt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung des Randes (10) an dem Ventilkörper in der Richtung der Bewegung oder die Längsausdehnung des Körpers vorzugsweise 10 bis 50% des Hubes beträgt, also der Entfernung, über welche sich der Körper in der Bohrung des Käfigs (2) bewegt, der in dem Ventilgehäuse (1) fest angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung des Randes (10) vorzugsweise 30% des Hubes des Körpers beträgt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (10) in Bezug auf den befestigten Käfig (2) um einen Abstand entsprechend der radialen Ausdehnung der Sitzfläche (6) positionsmäßig konzentrisch nach innen versetzt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfläche (12) der Sitzfläche (6) konisch ausgebildet ist für ein Zusammenwirken mit den Dichtungsflächen (5) an dem Käfig (3), und ebenfalls eine konische Ausdehung aufweist, bei welcher die Spitze des gedachten Konus nach unten ausgerichtet ist und sich in der Mittelachse des Körpers befindet.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (9; 11) in dem befestigten Käfig (2) und in dem beweglichen Rand (10) kegelförmig sind oder geneigt in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Körpers (3).

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Zusammenwirken mit der Zylinderfläche (13) des Randes (10) an dem Körper die Dichtungsfläche (12) der Sitzfläche (6) in dem Ventilgehäuse (1) in eine vertikale Dichtungsfläche (7) übergeht, wobei die Sitzfläche (6) mit ihrer zugeordneten Dichtungsfläche (7) eine getrennte Einheit (8) bildet, welche an der Innenseite des Ventilgehäuses (1) thermisch flexibel befestigt ist, wodurch ein sehr kleiner Freiraum zwischen dem kurzen Rand (10) und der vertikalen Dichtungsfläche (7) eingehalten werden kann.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Kantenbereich (14) des Randes (10) abgeschrägt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (9, 11) in dem befestigten Käfig (2) und in dem Rand (10) über den Zylinderflächen angeordnet sind, sodaß sich die Öffnungen gegenseitig überlappen.