DE2626714A1 - Gas pressure regulator valve pressure balancing - avoids pressure reduction caused by increased flow rate using balancing pipe and shutter valve - Google Patents
Gas pressure regulator valve pressure balancing - avoids pressure reduction caused by increased flow rate using balancing pipe and shutter valveInfo
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Abstract
Description
Gasdruckregler Die Erfindung bezieht sich auf Gasdruckregler und hat eine Verbesserung eines solchen Reglers zum Gegenstando Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung einen Gasdruckregler, der ein von einer Ventilspindel getragenes, mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilverschlußstück, eine Steuervorrichtung zum Steuern der Öffnungs- und Schließbewegungen des Ventilverschlußstückes und einen Kolben oder eine Membrane aufweist9 die ebenfalls von der Ventilspindel getragen wird und im wesentlichen die gleiche wirksame Fläche hat wie das Ventilverschlußstück und bei dem der Gasdruck in entgegengesetzten Richtungen gegen das Ventilverschlußstück und gegen den Kolben oder die Membrane wirkt, derart, daß wenigstens bei geschlossenem Regler der auf das Ventilverschlußstück wirkende Druck genau ausgeglichen ist. Gas pressure regulators The invention relates to gas pressure regulators and concerns an improvement of such a controller in more detail the invention a gas pressure regulator, which is carried by a valve spindle, valve closure piece cooperating with a valve seat, a control device for controlling the opening and closing movements of the valve closure piece and a Piston or diaphragm 9 which is also carried by the valve spindle becomes and essentially the same effective area has like that Valve closure piece and in which the gas pressure in opposite directions against the valve closure piece and acts against the piston or the diaphragm in such a way that the pressure acting on the valve closure piece at least when the regulator is closed is exactly balanced.
Gasdruckregler der oben näher erläuterten Art arbeiten im allgemeinen ganz zufriedenstellend. Man hat jedoch immer wieder festgestellt, daß das Ventilverschlußstück in offenem Zustand, insbesondere im vollständig offenen Zustand, nicht ideal druckausgeglichen war, mochte es auch im geschlossenen Zustand auf seinen Sitz gedruckt vollständig druckausgeglichen sein. Dies rührt daher, weil bei von seinem Sitz abgehobenem Ventilverschlußstück der dann auf seine Oberfläche wirkende Druck etwas geringer ist als der Druck an der Oberstromseite des Reglers, während derjenige Druck, der auf den Kolben oder die Membran wirkte, noch der auf der Oberstromseite des Reglers wirksame Druck war.Gas pressure regulators of the type detailed above work in general quite satisfactory. However, it has been found time and again that the valve closure piece when open, especially when fully open, not ideally pressure-balanced was liked, even when closed, printed on its seat completely be pressure balanced. This is due to the fact that when the valve closure piece is lifted from its seat the pressure then acting on its surface is slightly lower than the pressure at the upstream side of the regulator, while the pressure exerted on the piston or the membrane worked while the pressure on the upstream side of the regulator was still active.
Wenn solch ein Regler vollständig geöffnet wurde, kann der Druck, der gegen die Oberfläche des Ventilverschlußstückes wirkt, tatsächlich etwas größer sein als der Druck an der Unterstromseite des Reglers. Die Folge hiervon war, daß ein genügend weites Öffnen des Ventilverschlußstückes verhindert wurde, um den Auslaßdruck zu halten. Es tritt deshalb im Auslaßdruck ein Druckabfall auf, der als "Abfall" (droop) bezeichnet wird, wenn der Regler öffnet, um den Gasstrom zu vergrößern. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Neigung des Reglers zu verhindern oder doch wenigstens zu vermindern.When such a regulator is fully opened, the pressure, which acts against the surface of the valve plug is actually somewhat larger than the pressure on the downstream side of the regulator. The consequence of this was that a sufficiently wide opening of the valve plug was prevented to reduce the outlet pressure to keep. There is therefore a pressure drop in the outlet pressure, known as a "drop" (droop) is called when the regulator opens to the gas flow enlarge. The object of the invention is to prevent this tendency of the controller or at least at least to diminish.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung ein Gasdruckregler vorgesehen, der ein von einer Ventilspindel getragenes und mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilverschlußstück, eine Steuervorrichtung zum Steuern des Öffnens und Schließens des Reglers und einen Kolben oder eine Membrane aufweist, die von der Ventil spindel getragen wird und im wesentlichen die gleiche wirksame Fläche hat wie das Ventilverschlußstück und die durch eine Einrichtung gekennzeichnet ist, mit der im Betrieb des Reglers derjenige Gasdruck, der gegen den Kolben oder die Membrane wirkt, derselbe Druck ist wie in der Umgebung des Ventilsitzes oder im Bereich der-jenigen Fläche des Ventilverschlußstückes, welche am Ventilsitz anliegt. Der Gasdruck, der gegen den Kolben oder die Membrane wirt, kann hierbei durch ein die Ventilspindel umgebendes Rohr zu einer von dem Kolben oder der Membran begrenzten Kammer geführt werden. Hierbei kann das Rohr entweder ein festes Rohr sein, dessen Einlaßende in einer Ebene angeordnet ist, die sich in geringem Abstand von derjenigen Fläche des Ventilverschlußstückes befindet, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, wenn der Regler geschlossen ist0 In diesem Falle ist der Gasdruck, der gegen den Kolben oder die Membrane im Betrieb des Reglers wirkt, der Druck im Bereich des Ventilsitzes0 Das Rohr kann auch zusammen mit der Ventilspindel auf- und abgleiten, Sein Einlaßende befindet sich dann in einem festen Abstand von derjenigen Fläche des Ventilverschlußstückes, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt0 In diesem Falle ist der Gasdruck, der im Betrieb des Reglers gegen den Kolben oder die Membrane wirkt, derjenige Druck, der im Bereich der dem Ventilsitz zugewandten Fläche des Ventilverschlußstückes wirksam ist.To solve this problem, according to the invention, a gas pressure regulator is provided provided, the one carried by a valve spindle and with a valve seat cooperating valve plug, a control device for controlling the opening and closing the regulator and having a piston or diaphragm separated by the valve spindle is carried and has substantially the same effective area has like the valve plug and which is characterized by a device, with the one gas pressure in operation of the regulator, which against the piston or the The diaphragm works, the pressure is the same as in the vicinity of the valve seat or in the Area of the area of the valve closure piece that rests on the valve seat. The gas pressure acting against the piston or the diaphragm can be controlled by a the pipe surrounding the valve spindle to one of the piston or diaphragm Chamber are performed. Here, the pipe can either be a solid pipe, its Inlet end is arranged in a plane, which is a small distance from that Surface of the valve closure piece, which cooperates with the valve seat, when the regulator is closed 0 In this case the gas pressure is against the Piston or diaphragm acts when the regulator is in operation, the pressure in the area of the Valve seat 0 The pipe can also slide up and down together with the valve spindle, Its inlet end is then at a fixed distance of that area of the valve closure piece which interacts with the valve seat0 In this case, the gas pressure, which in operation of the regulator against the piston or the membrane acts, the pressure that is in the area of the valve seat facing Area of the valve closure piece is effective.
Andererseits kann der Gasdruck, der gegen den Kolben oder die embrane wirkt, der von diesem Kolben oder dieser Membrane begrenzten Kammer auch durch eine Leitung zugeführt werden, die sich durch die Ventilspindel erstreckt und von einer Zone ausgeht, die an derjenigen Fläche des Ventilverschlußstückes anliegt oder ihr benachbart ist, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Hierbei öffnet sich der Durchfluß von einem ringförmigen Durchflußkanal aus, der sich in einem geringen Abstand von einer radial außen liegenden Fläche des Ventilverschluß stückes befindet, welches mit dem Ventilsitz zusammenwirktO Der erwähnte Kolben oder die Membrane können zweckmäßig eine Rollmembrane aufweisen oder aus einer solchen bestehen, Die Fläche des Ventilverschlußstückes, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, kann mit einem elastischen Dichtelement versehen sein0 Der Ventilsitz kann von einem Ventileinsatz mit Ventilsitzschneide gebildet werden.On the other hand, the gas pressure, which is against the piston or the embrane acts, the bounded by this piston or this membrane chamber also by a Line are fed, which extends through the valve stem and from a Zone that rests against that surface of the valve closure piece or you is adjacent, which cooperates with the valve seat. This opens the Flow from an annular flow channel, which is in a small Distance from a radially outer surface of the valve closure piece is located, which cooperates with the valve seat O The mentioned piston or diaphragm can expediently have a rolling membrane or consist of such, The Surface of the valve closure piece, which cooperates with the valve seat, can be provided with an elastic sealing element0 The valve seat can be of a Valve insert can be formed with a valve seat cutting edge.
Die Erfindung wird durch die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, Es zeigt: Fig. 1 einen Gasdruckregler nach der Erfindung im Schnitt, ig. ^ und 5 Ausschnitte eines Teiles des Reglers nach Fig 1 im vergrößerteii iiaßstun$ und Fig. 4 und 5 zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Fig. 2 und 3 entsprechenden Darstellungen.The invention is illustrated by the drawing using an exemplary embodiment explained in more detail, It shows: Fig. 1 shows a gas pressure regulator according to the Invention in section, ig. ^ and 5 sections of part of the controller according to Fig 1 enlarged, and FIGS. 4 and 5 show two further exemplary embodiments the invention in FIGS. 2 and 3 corresponding representations.
Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Gasdruckregler hat ein Ventilgehäuse 10 mit Binlaß- und Auslaßöffnungen 12 und 14, in welches ein Ventileinsatz 16 mit einer Ventilsitzschneide eingesetzt ist, welche einen Ventilsitz 18 zwischen den Kammern 20 und 22 bildet, welche mit den hinlaß- und Auslaßöffnungen 12 und 14 jeweils in Verbindung stehen.The gas pressure regulator shown in FIGS. 1 to 3 has a valve housing 10 with inlet and outlet openings 12 and 14, in which a valve insert 16 with a valve seat cutting edge is used, which has a valve seat 18 between the Forms chambers 20 and 22 which communicate with inlet and outlet ports 12 and 14, respectively stay in contact.
Der Regler hat auch ein Ventilverschlußstuck 24, das von einer Ventil spindel 26 getragen wird und auf den Ventilsitz gedrückt werden kann0 Die Ventilspindel hängt von einer Steuervorrichtung herunter, die in ihrer Gesamtheit mit 28 bezeichnet ist und das Öffnen und Schließen des Reglers in Abhängigkeit von der Größe eines Steuersignals steuert, das an einer Unterstrom des Reglers liegenden Stelle abgenommen wird0 Diejenige Fläche des Ventilverschlußstückes, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, ist mit einem elastischen Dichtelement 25 versehen, welches von einer Ventilsitzschneide eines Ventileinsatzstückes 16 beaufschlagt werden soll, um eine vollständige Absperrung zu gewährleisten, wenn der Regler geschlossen ist.The regulator also has a valve plug 24 attached to a valve spindle 26 is carried and can be pressed onto the valve seat 0 The valve spindle depends on a control device which is designated 28 in its entirety is and the opening and closing of the regulator depending on the size of a Control signal that is taken from an undercurrent of the regulator will0 That area of the valve closing piece which interacts with the valve seat, is provided with an elastic sealing element 25, which is of a valve seat cutting edge a valve insert 16 is to be acted upon in order to one ensure complete shut-off when the regulator is closed.
sSie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, trägt die Ventilspindel ein Kolben- oder Membranelement, das in seiner Gesamtheit mit 30 bezeichnet ist und gegen das ein Gasdruck wirkt, der dem Gasdruck entgegengesetzt ist, welcher auf die Fläche 32 des Ventilverschlußstückes wirkt, so daß das Ventilverschlußstück druckausgeglichen ist. Das Kolben- oder Membranelement 30 weist eine Rollmembrane 34 auf, welche einen Kolben 36 umgibt, der von der Spindel 26 getragen wird.sSie from Figs. 2 and 3, enters the valve spindle Piston or diaphragm element, which is designated in its entirety by 30 and against which a gas pressure acts, which is opposite to the gas pressure, which on the surface 32 of the valve plug acts so that the valve plug is pressure balanced. The piston or diaphragm element 30 has a rolling diaphragm 34 which surrounds a piston 36 carried by the spindle 26.
Zusätzlich sind Einrichtungen vorgesehen, mit denen sichergestellt wird, daß im Betrieb des Reglers derjenige Gasdruck, der auf das Kolben- oder Membranelement wirkt, der gleiche Druck ist, der im Bereich des Ventilsitzes wirksam ist0 Diese Einrichtungen werden von einem feststehenden Rohr 38 gebildet, welches die Ventilspindel umgibt und sich von einer Zwischenwand 40 nach unten erstreckt, die einen Teil einer Isolierabdeckung 42 bildet. Der Ventilsitzeinsatz 16 ist an dieser Isolierabdeckung 42 befestigt und wird von mehreren Abstandhaltern 17 im abstand von dieser Abdeckung gehalten, Das untere Ende des Rohres 38 ist das Einlaßende und in einer Ebene angeordnet, die sich in geringem Abstand über der Fläche 32 des Ventilverschlußstückes befindet, wenn dieses, wie in Fig0 2 gezeigt, am Ventilsitz anliegt Das Kolben- oder Membranelement 30 begrenzt eine Kammer 44 oberhalb der Zwischenwand 40, die von anderen Kammern oder Durchlaßöffnungen im Regler isoliert ist mit Ausnahme des Rohres 38. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wo das Ventilverschlußstück auf seinem Sitz liegend dargestellt ist, ist bei geschlossenem Regler der Gasdruck, der in der Kammer 44 auf das Kolben- oder Membranelement 30 wirkt, der gleiche wie der Druck auf der Oberstromseite des Reglers, der auf die Fläche 32 des Ventilverschlußstückes wirkt. Da das Kolben-oder Membranelement genau die gleiche wirksame Fläche hat wie das Ventilverschlußstück, ist dieses letztere genau druckausgeglichen.In addition, facilities are provided with which to ensure is that in the operation of the regulator that gas pressure that acts on the piston or diaphragm element is the same pressure that is effective in the area of the valve seat 0 This Means are formed by a fixed tube 38 which is the valve stem surrounds and extends downwardly from an intermediate wall 40 which forms part of a Insulating cover 42 forms. The valve seat insert 16 is on this insulating cover 42 attached and is of several spacers 17 at a distance from this cover held, the lower end of the tube 38 is the inlet end and arranged in a plane which is located a short distance above the surface 32 of the valve closure piece, when this, as shown in Fig0 2, rests on the valve seat The piston or membrane element 30 delimits a chamber 44 above the intermediate wall 40, the is isolated from other chambers or ports in the regulator with the exception of the Pipe 38. As can be seen from Fig. 2, where the valve closure piece on its seat is shown horizontally, when the regulator is closed, the gas pressure in the chamber 44 acts on the piston or diaphragm element 30, the same as the pressure on the Upstream side of the regulator acting on face 32 of the valve plug. Because the piston or diaphragm element has exactly the same effective area as that Valve closing piece, this latter is precisely pressure balanced.
Wenn andererseits der Regler, wie in Fig. 7 gezeigt, offen ist und der gegen die Fläche 32 des Ventilverschlußstückes wirkende Gasdruck geringer ist als der Druck an der Oberstromseite des Reglers, der in der Tat ein wenig größer sein kann als der Druck an der Unterstromseite des Reglers, wird der Druck in der Kammer 44 in gleicher Weise reduziert und das Ventilverschlußstück bleibt genau druckausgeglichen0 Tatsächlich wurde durch Versuche und experimentell festgestellt, daß während des Betriebes des Reglers das Ventilverschlußstück genau druckausgeglichen bleibt, so daß ein Druckabfall auf ein Idinimum reduziert wurde0 Es ist anzunehmen, daß dies daher rührt, daß während der gesamten Betriebszeit des Reglers der in der Kammer 44 wirksame Druck der gleiche Druck ist wie der Druck im Bereich des Ventilsitzes, In Fig. 4 ist eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen Reglers dargestellt. Hier gleitet das Rohr 38 zusammen mit der Ventilspindel, so daß sein unteres Ende, d.ho sein Einlaßende sich in einem festen Abstand von der Oberfläche 32 des Vcntilverschlußstückes befindet. Selbstverständlich sind in diesem Falle Dichtungen zwischen dem Umfang des Rohres und der Bohrung in der Wand 40 vorgesehen, welches das Rohr mit Gleitsitz durchdringt, so daß wie im vorhergehenden Fall die Kammer 44 gegenüber anderen Kammern oder Durchflußräumen im Inneren des Reglers abgeschlossen ist mit Ausnahme des Rohres 38. Infolgedessen ist in diesem Falle der Gasdruck, der in der Kammer 44 gegen das Kolben- oder Membranelement wirkt, während der ganzen Betriebszeit des Reglers der gleiche Druck wie im Bereich der Oberfläche 32 des Ventilverschlußstückes.On the other hand, when the regulator is open as shown in Fig. 7 and the gas pressure acting against the surface 32 of the valve plug is lower than the pressure on the upstream side of the regulator, which is in fact a little greater can be than the pressure on the downstream side of the regulator, the pressure in the Chamber 44 is reduced in the same way and the valve plug remains accurate pressure balanced0 In fact, it has been established through tests and experiments that that during the operation of the regulator, the valve closing piece is precisely pressure-balanced remains so that a pressure drop has been reduced to an ideal 0 It can be assumed that that this is due to the fact that during the entire operating time of the controller in the Chamber 44 effective pressure is the same pressure as the pressure in the area of the valve seat, In Fig. 4 shows a modification of the controller described above. here the tube 38 slides together with the valve stem so that its lower end, d.ho its inlet end is a fixed distance from the surface 32 of the valve plug is located. Of course, in this case there are seals between the circumference of the tube and the bore in the wall 40, which the tube with a sliding fit penetrates, so that, as in the previous case, the chamber 44 relative to other chambers or flow spaces inside the regulator is closed with the exception of the pipe 38. As a result, in this case the gas pressure, which is in the chamber 44 against the Piston or diaphragm element acts during the entire operating time of the regulator same pressure as in the area of the surface 32 of the valve closure piece.
In Fig0 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem auf das Rohr 38 verzichtet ist und die Ventilspindel sich gleitend durch die Bohrung in der Wand 40 der Isolierabdeckung 42 erstreckt0 Hierbei ist natürlich zwischen den Umfangsflächen von Spindel und Bohrung eine hier nicht näher dargestellte Dichtung vorgesehen0 In diesem Falle wird der Gasdruck9 der in der Kammer 44 gegen das Kolben- oder Membranelement wirkt, dieser Kammer durch einen Durchlaß 46 zugeleitet, der sich durch die Ventilspindel erstreckt und sich in einer Zone an oder neben der Oberfläche des Ventilverschlußstückes öffnet0 Bei dem in Fig0 5 dargestellten kusfuhrungsbeispiel ist eine Verteilerkappe 48 vorgesehen, welche dicht über der Oberfläche des Ventilverschlußstückes liegt und sich von dem Bereich des Ventilverschlußstückes aus, der mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, radial nach innen erstreckt.In Fig0 5, another embodiment is shown in which the tube 38 is dispensed with and the valve spindle slides through the bore in the wall 40 of the insulating cover 42 extends0 Here is of course between the peripheral surfaces of the spindle and bore a seal not shown here provided0 In this case, the gas pressure9 in the chamber 44 against the piston or membrane element acts, fed to this chamber through a passage 46, the extends through the valve stem and in a zone on or next to the The surface of the valve closure piece opens in the example of the coupling shown in FIG is a manifold cap 48 is provided which is positioned close to the surface of the valve plug lies and extends from the area of the valve closure piece with the valve seat cooperates, extends radially inward.
Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß sich der Kanal 46 über eine Querbohrung 50 in der Ventilspindel von einem ringförmigen Durchflußkanal 52 aus öffnet, der dicht über der radialen Außenfläche des Ventilverschlußstückes liegt, die mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Auch in diesem Falle ist der auf das Ventilverschlußstück wirkende Druck ständig dadurch genau ausgeglichen, daß der Gasdruck, der in der Kammer 44 wirksam ist, derjenige Druck ist, der im Bereich der Oberfläche 32 des Ventilverschlußstückes und neben demjenigen Bereich des Ventilverschlußstückes wirkt, welcher sich schließend auf den Ventilsitz aufsetzt. Der gleiche Effekt könnte natürlich auch durch eine glocken- oder trompetenförmige Öffnung am unteren Ende des Rohres 38 bei der in Fig0 4 dargestellten Ausführungsform erreicht werden.The arrangement is such that the channel 46 extends over a transverse bore 50 in the valve stem from an annular flow passage 52 from opens, which lies just above the radial outer surface of the valve closure piece, which cooperates with the valve seat. In this case, too, it is on the valve closure piece acting pressure constantly balanced exactly that the gas pressure, which in the Chamber 44 is effective, that pressure is in the area of the surface 32 of the Valve closure piece and acts next to that area of the valve closure piece, which is then placed on the valve seat. The same effect could of course also through a bell or trumpet-shaped opening at the lower end of the tube 38 can be achieved in the embodiment shown in FIG.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind eine Reihe von Abwandlungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen,The invention is not limited to the exemplary embodiments, but rather a number of modifications are possible without departing from the scope of the invention,
Claims (3)
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Legal Events
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