DE3429003C1

DE3429003C1 - Flow control valve

Info

Publication number: DE3429003C1
Application number: DE19843429003
Authority: DE
Inventors: Karl-Friedrich 2800 Bremen Immenroth
Original assignee: GEORG SCHUENEMANN U CO
Current assignee: GEORG SCHUENEMANN U CO
Priority date: 1984-08-07
Filing date: 1984-08-07
Publication date: 1986-02-13

Abstract

In the valve housing of a flow control valve for fluids under pressure, the regulating element is seated on a valve piston which is subjected to pressure by the fluid present counter to spring force and reduces the flow gap as the pressure of the fluid increases. The regulating element essentially has the shape of a circular disc and is displaceable concentrically to a bush which forms the valve seat and the inner surfaces of which are formed by two axially succeeding hollow truncated cones. The spring force is delivered by two spiral springs of different lengths at rest in such a way that only one spring is active when the regulating element is in the region of one frustaconical portion of the valve bush but both springs are active when the regulating element is in the region of the second frustaconical portion of the valve bush.

Description

Sofern in bekannter Weise die Federkraft von einer zum Ventilkolben koaxialen Spiralfeder aufgebracht wird, die an einer axialen Kolbenstange angreift, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zusätzlich eine zweite Spiralfeder unterschiedlicher Ruhelänge konzentrisch angeordnet ist, wobei über die Höhe der ersten Mantelfläche der Buchse die längere Spiralfeder allein wirkt, über die Höhe der zweiten Mantelfläche jedoch beide Spiralfedern gemeinsam wirken und so eine geknickte Kennlinie erzeugt wird. Diese Maßnahme ist aus dem DE-GM 7303500 für einen Durchflußbegrenzer an sich bekannt, sie steht dort jedoch nicht im Zusammenhang mit einer das Stellglied umgebenden Ventilbuchse. If in a known manner the spring force from one to the valve piston coaxial spiral spring is applied, which engages an axial piston rod, is provided in a further development of the invention that in addition a second spiral spring different rest length is arranged concentrically, with about the height of the first outer surface of the socket the longer spiral spring acts alone over the height the second lateral surface, however, both coil springs act together and so one kinked characteristic is generated. This measure is from DE-GM 7303500 for one Flow limiter known per se, but it is not related there with a valve socket surrounding the actuator.

Grundsätzlich ist ein Durchflußspalt anzustreben, dessen Größe eindeutig bestimmt ist. Deshalb soll der Durchflußspalt in Strömungsrichtung kurz, am besten linienförmig sein. Eine bevorzugte Ausbildung des kreisscheibenförmigen Stellgliedes sieht daher vor, daß die Kreisscheibe ballig ausgebildet ist. Der Durchflußspalt ist daher in allen Stellungen des Stellgliedes eine die Größe des Spalts eindeutig bestimmende Kreisringfläche. Basically, a flow gap is to be aimed for, the size of which is clear is determined. Therefore, the flow gap should be short in the direction of flow, ideally be linear. A preferred embodiment of the circular disk-shaped actuator therefore provides that the circular disk is convex. The flow gap the size of the gap is therefore unambiguous in all positions of the actuator determining annulus area.

Die ballige Ausbildung eines Ventil-Stellglieds ist aus der GB-PS 1534937 zwar bekannt; dort handelt es sich jedoch um ein Sicherheits-Schnellschlußventil, bei dem weder eine Durchflußregelung stattfindet noch eine das Stellglied konzentrisch umgebende Buchse vorgesehen ist. The spherical design of a valve actuator is from GB-PS 1534937 known; However, there is a safety quick-closing valve, in which there is neither a flow control nor a concentric actuator surrounding socket is provided.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel. Es zeigt F i g. 1 ein erfindungsgemäßes Regelventil im Querschnitt; F i g. 2 einen der F i g. 1 entsprechenden Ausschnitt bei zusammengeschobenem Stufenkolben; und F i g. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie lii- III in Fig. 1. The drawing illustrates the invention using an exemplary embodiment. It shows F i g. 1 shows a control valve according to the invention in cross section; F i g. 2 one the F i g. 1 corresponding section with the stepped piston pushed together; and F i g. 3 shows a cross section along the line li-III in FIG. 1.

Das Gehäuse 1 des in F i g. 1 dargestellten Durchflußmengen-Regelventils für das Ballasttank-Fluten (und -lenzen) eines U-Bootes hat einen Flansch 2 zum Anschluß des Ventils an das Zuflußrohr und einen Flansch 3 zum Anschluß des Ventils an das zum Ballasttank führende Abflußrohr. Im Innern des gegossenen Gehäuses 1 ist ein ringformiger Bund 4 vorgesehen, der eine außenseitig mit einer Schulter 5 versehene Buchse 6 aufnimmt, welche den Ventilsitz bildet. Eine zum Bund 4 und der Buchse 6 koaxiale (Achse 7) Bohrung 8 im Gehäuse 1 nimmt eine Zylinderbuchse 9 auf, welche mit Hilfe eines Flanschringes 10 im Gehäuse gehalten ist. The housing 1 of the in F i g. 1 shown flow rate control valve for the ballast tank flooding (and draining) of a submarine has a flange 2 for Connection of the valve to the supply pipe and a flange 3 for connection of the valve to the drain pipe leading to the ballast tank. Inside the cast housing 1 a ring-shaped collar 4 is provided which has a shoulder on the outside 5 provided bush 6 receives, which forms the valve seat. One to the covenant 4 and the socket 6 coaxial (axis 7) bore 8 in the housing 1 takes a cylinder liner 9, which is held in the housing with the aid of a flange ring 10.

Mehrere am Umfang der unteren Stirnfläche mit der Zylinderbuchse 9 verteilte Stifte 11 sichern die Stellung der Buchse 6 im Bund 4 des Gehäuses 1.Several on the circumference of the lower end face with the cylinder liner 9 Distributed pins 11 secure the position of the socket 6 in the collar 4 of the housing 1.

Die Zylinderbuchse 9 ist innenseitig in zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers unterteilt, zwischen denen ein Ringraum 12 ausgebildet ist. In diesen münden mehrere, am Umfang verteilte Kanäle 13, welche die Verbindung zu einem Ringraum 14 herstellen, der seinerseits über eine radiale Bohrung 15 mit dem Anschluß 16 einer Druckleitung 17 in Verbindung steht. The inside of the cylinder liner 9 is different in two sections Divided diameter, between which an annular space 12 is formed. In these open out several channels 13 distributed around the circumference, which connect to an annular space 14, which in turn connects to the connection 16 via a radial bore 15 a pressure line 17 is in communication.

Letztere ist nur strichpunktiert angedeutet und stellt eine Verbindung zwischen dem Eintritt (Pfeil 18) unter Druck stehender Flüssigkeit in das Ventilgehäuse 1 und dem Ringraum 12 her.The latter is only indicated by dash-dotted lines and provides a connection between the inlet (arrow 18) of pressurized liquid into the valve housing 1 and the annular space 12 ago.

In der Zylinderbuchse 9 ist ein Stufenkolben angeordnet, dessen Abschnitte 19 (kleineren Durchmessers) und 20 (größeren Durchmessers) den zugehörigen Bohrungen der Zylinderbuchse 9 entsprechen. Der Abschnitt 20 größeren Durchmessers ist näher der Buchse 6 angeordnet und trägt an seinem freien Ende das Stellglied 21 in Form einer balligen Kreisscheibe, die über eine Einschnürung 22 in den Kolbenabschnitt 20 übergeht. Diese - den F i g. 1 und 2 entnehmbare - Form des Stellgliedes 21 (mit einem zentrischen Abschlußtropfen 23) dient der Strömungsführung innerhalb des Gehäuses 1, um das Stellglied 21 herum und durch den zwischen diesem und der Buchse 6 gebildeten ringförmigen Durchtrittsspalt 24 hindurch. In the cylinder liner 9, a stepped piston is arranged, the sections of which 19 (smaller diameter) and 20 (larger diameter) the associated holes the cylinder liner 9 correspond. The larger diameter section 20 is closer the socket 6 and carries the actuator 21 in the form of its free end a spherical circular disk, which via a constriction 22 in the piston section 20 passes. These - the F i g. 1 and 2 removable - shape of the actuator 21 (with a centric final drop 23) is used to guide the flow within the housing 1, around the actuator 21 and through that formed between it and the bush 6 annular passage gap 24 therethrough.

Der Kolbenabschnitt 20 ist in den Kolbenabschnitt 19 eingehängt, und zwar mit Hilfe eines Pilzkopfes 25, der mit einem zentrischen Stiel 26 am Kolbenabschnitt 20 angeformt ist. Eine entsprechende Ringschürze 27 an der dem Kolbenabschnitt 20 zugewandten Unterseite des Kolbenabschnitts 19 ist gabel- oder C-förmig aufgeschnitten, so daß der Pilzkopf 25 in die Ringschürze 27 von der Seite her eingeschoben werden kann (F i g. 3). The piston section 20 is suspended in the piston section 19, with the help of a mushroom head 25, which has a central stem 26 on the piston section 20 is molded. A corresponding ring skirt 27 on the piston section 20 facing underside of the piston section 19 is forked or cut open in a C-shape, so that the mushroom head 25 can be pushed into the ring skirt 27 from the side can (Fig. 3).

Liegt der Pilzkopf 25 auf dem nach innen abgekröpften Unterrand 28 der Ringschürze 27 auf, so hat der Stufenkolben 19,20 seine größte Länge (F i g. 1). Der Pilzkopf 25 mit seinem Stiel 26 kann sich jedoch durch die Ringschürze 27 mit der Abkröpfung 28 entlang der Achse 7 (in den Zeichnungsfiguren nach oben) bewegen, so daß sich der Stufenkolben entsprechend verkürzt.If the mushroom head 25 lies on the inwardly bent lower edge 28 of the ring skirt 27, the stepped piston 19, 20 has its greatest length (F i g. 1). The mushroom head 25 with its stem 26 can, however, pass through the annular skirt 27 move with the bend 28 along the axis 7 (upwards in the drawing figures), so that the stepped piston is shortened accordingly.

Am (oberen) Kolbenabschnitt 19 ist wiederum koaxial (Achse 7) eine Kolbenstange 29 angeordnet, die mit dem Kolbenabschnitt 19 aus einem Stück besteht. On the (upper) piston section 19 is again a coaxial (axis 7) Piston rod 29 is arranged, which consists of one piece with the piston section 19.

Eine nahe dem freien Ende der Kolbenstange 29 befestigte Bundscheibe 30 hält eine Spiralfeder 31, die sich am anderen Ende (indirekt) am Flanschring 10 und damit am Gehäuse 1 abstützt Ein zweiter Bundring 32 ist auf die Kolbenstange 29 aufgeschoben und hält in ähnlicher Weise eine zweite, aber kürzere Spiralfeder 33; um willkürliche Bewegungen der Spiralfeder 33 und des Bundringes 32 zu verhindern, ist zwischen die beiden Bundringe 30, 32 eine schwache Haltefeder 34 eingeschaltet. Eine Gehäusekappe 35 deckt die Federanordnung ab.A collar washer fastened near the free end of the piston rod 29 30 holds a spiral spring 31, which is at the other end (indirectly) on the flange ring 10 and thus supported on the housing 1. A second collar 32 is on the piston rod 29 and similarly holds a second but shorter spiral spring 33; to prevent arbitrary movements of the coil spring 33 and the collar 32, a weak retaining spring 34 is connected between the two collars 30, 32. A housing cap 35 covers the spring assembly.

Die Wirkungsweise des Regelventils ist folgende: Solange am Eintritt (Pfeil 18) kein Flüssigkeitsdruck ansteht, hält die Spiralfeder 31 den Stufenkolben mit seinen Kolbenabschnitten 19 und 20 in der in F i g. 1 dargestellten oberen Stellung. In dieser hat - bezogen auf den Vorlauf - der Durchflußspalt 24 zwischen dem Stellglied 21 und der Buchse 6 seinen Größtwert. Tritt jetzt am Einlaß ein Flüssigkeitsdruck auf, so strömt die Flüssigkeit durch den Spalt 24 hindurch. Gleichzeitig tritt der Druck über die Leitung 17 auch im Ringraum 12 auf. Dieser wirkt gleichermaßen von unten auf den Kolbenabschnitt 19 und von oben auf den Kolbenabschnitt 20, jedoch ist die Kraft auf den Kolbenabschnitt 20 um die kreisringförmige Differenzfläche größer, so daß sich der Stufenkolben 19, 20 entgegen der von der - entsprechend dimensionierten - Feder 31 ausgeübten Kraft nach unten bewegt und den Durchschnittsspalt 24 entsprechend verkleinert. Das Maß der Verkleinerung ist abhängig von der Neigung der kegelstumpfförmigen Innenfläche 35 (erste Mantelfläche) der Buchse 6. Wenn die Bundscheibe 30 (bei weiterem Druckanstieg) auf der Bundscheibe 32 aufsetzt, hat das Stellglied 21 mit seinem größten Durchmesser die Grenzlinie 36 zwischen der kegelstumpfförmigen Innenfläche 35 und der darauffolgenden kegelstumpfförmigen Fläche 37 (zweite Mantelfläche) erreicht. The mode of operation of the control valve is as follows: As long as the inlet (Arrow 18) there is no fluid pressure, the spiral spring 31 holds the stepped piston with its piston sections 19 and 20 in the FIG. 1 shown upper position. In this has - based on the flow - the flow gap 24 between the actuator 21 and the socket 6 its maximum value. There is now a liquid pressure at the inlet on, the liquid flows through the gap 24. At the same time the Pressure via the line 17 also in the annular space 12. This acts equally from below on the piston section 19 and from above on the piston section 20, however is the force on the piston section 20 around the annular differential area larger, so that the stepped piston 19, 20 against that of the - accordingly dimensioned - spring 31 exerted force moves down and the average gap 24 reduced accordingly. The amount of reduction depends on the inclination the frustoconical inner surface 35 (first lateral surface) of the socket 6. When the Collar washer 30 (in the event of a further increase in pressure) touches the collar washer 32, has the actuator 21 with its largest diameter the boundary line 36 between the frustoconical inner surface 35 and the subsequent frustoconical surface 37 (second lateral surface) reached.

Steigt jetzt der Druck noch weiter, dann muß die von -ihm auf die Differenzfläche des Kolbenabschnitts 20 ausgeübte Kraft die entgegengesetzt gerichtete Kraft sowohl der Feder 31 als auch der Feder 33 überwinden; das Stellglied 21 befindet sich dann im Bereich der kegelstumpfförmigen Innenfläche 37. Im Bereich dieser Mantelfläche verringert sich die Größe des Durchtrittsspalts 24 bei sich abwärts bewegendem Stellglied 21 langsamer als im Bereich der ersten Mantelfläche 35. If the pressure increases even further, then he has to apply to the Differential area of the piston portion 20 exerted force is the opposite Overcome force of both spring 31 and spring 33; the actuator 21 is located then in the area of the frustoconical inner surface 37. In the area of this lateral surface the size of the passage gap 24 decreases as the actuator moves downwards 21 slower than in the area of the first lateral surface 35.

Ändern sich beim Lenzen des Ballasttanks die Druckverhältnisse derart, daß »hinter« dem Stellglied 21 ein höherer Druck herrscht als »vor« diesem, dann schiebt dieser höhere Druck das Stellglied 21 und damit den Stufenkolben 20 nach oben, weil die von ihm erzeugte Kraft größer als die vom Druck im Ringraum 12 erzeugte, entgegengesetzt auf den Kolbenabschnitt 20 wirkende Kraft ist Der Pilzkopf 25 schiebt sich in der Ringschürze 27 des Kolbenabschnitts 19 nach oben, verkürzt somit den Stufenkolben, der sich im übrigen wieder in seine oberste Ausgangslage zurückbewegt (F i g. 2). If the pressure conditions change when the ballast tank is drained, that "behind" actuator 21 there is a higher pressure than "before" it, then this higher pressure pushes the actuator 21 and thus the Stepped piston 20 upwards, because the force it generates is greater than that of the pressure in the annulus 12 generated, oppositely acting on the piston portion 20 force is the mushroom head 25 pushes up in the ring skirt 27 of the piston section 19, shortened thus the stepped piston, which is also back to its uppermost starting position moved back (Fig. 2).

Im praktischen Betrieb des vorstehend beschriebenen Regelventils steht am Einlaß (Pfeil 18) ein Druck von 1 bis 25 bar an, während der Auslaß praktisch drucklos ist. In practical operation of the control valve described above a pressure of 1 to 25 bar is present at the inlet (arrow 18), while the outlet is practically is pressureless.

Der jeweilige Druck am Einlaß steht auch - über die Leitung 17 - im Ringraum 12 und damit am Kolbenabschnitt 20 an. Bis zu einem Druck von etwa 9 bar wirkt der somit auf den Kolbenabschnitt 20 wirkenden Kraft allein die Kraft der Spiralfeder 31 entgegen; darüber kommt die Kraft der Spiralfeder 33 hinzu.The respective pressure at the inlet is also - via line 17 - im Annular space 12 and thus on the piston section 20. Up to a pressure of about 9 bar acts of the thus acting on the piston portion 20 force only the force of Coil spring 31 against; above this, the force of the spiral spring 33 is added.

Claims

Claims: 1. Flow rate control valve for pressurized Liquids, with a valve housing (1) in which an actuator (21) for changing a flow gap (24) is movably arranged relative to a valve seat, wherein the actuator (21) is seated on a valve piston (20) which acts against spring force (Spring 31) is pressurized by the pending liquid and increases with increasing Shifts the pressure of the liquid in the sense of a reduction in the flow gap (24), characterized in that the actuator (21) essentially has the shape a circular disk and concentric to a bushing forming the valve seat (6) is displaceable, the diameter of which changes in the direction of the increasing fluid pressure occurring displacement is reduced, and that the characteristic curve of the spring (31, 33) is non-linear according to the throttle function, which depends on the from the position of the actuator (21) variable effective diameter of the bush (6) is determined 2. Control valve according to claim 1, characterized in that the Inner surface of the socket (6) essentially from the lateral surfaces (35, 37) of two axially successive hollow truncated cones is formed, of which the one in the direction of displacement the first has a larger cone angle than the next.

3 * control valve according to claim 1 or 2, characterized in that the circular disk (actuator 21) is convex and with a constriction (22) is attached in one piece to the valve piston (20) 4. Control valve according to claim 2 or 3 with a coil spring (31) coaxial with the valve piston (19, 20) and attached to an axial Piston rod (29) engages, characterized in that a second spiral spring is also used (33) of different rest length is arranged concentrically, with over the height the first jacket surface (35) of the socket (6) the longer spiral spring (31) alone acts, but over the height of the second lateral surface (37) both spiral springs (31, 33) work together and thus a kinked characteristic is generated.

The invention relates to a flow rate control valve for under Liquids under pressure, with a valve housing in which an actuator is used Change of a flow gap arranged movably relative to a valve seat is, wherein the actuator is seated on a valve piston which is against the spring force of the liquid is pressurized and increases with increasing pressure the liquid moves in the sense of a reduction in the flow gap.

The volume of one under pressure in the unit of time through a valve flowing liquid is kept constant when the pressure changes, that the size of the flow gap in the valve is reduced with increasing pressure Increasing pressure of the liquid at the valve leaves it in the passage gap flow faster so that more liquid will pass through the valve in the unit of time would, if the passage gap were not reduced at the same time.

Provided that a certain flow rate is maintained even with changing Pressure conditions is desired, it is therefore necessary to regulate the flow gap. This is the case, for example, when the ballast tanks of submarines are flooded.

From US-PS 4250915 the automatic described above is Known control valve in which the annular lower edge of a bell-shaped valve piston opposite the flat valve seat border of the passage opening for the liquid depending on their pressure against the force of a pressure acting on the valve piston Spring is moved.

Without additional precautions, only one You can achieve a change in the valve passage area that is linearly dependent on the pressure may be sufficient for relatively small pressure fluctuations, but is sufficient for large pressure fluctuations, as they occur, for example, during the diving process of a submarine, the Requirements not the object of the invention is therefore, in an automatic Control valve of the present type the function according to which the flow rate with the pending liquid pressure is linked in a simple manner in terms of keeping constant to replicate this amount in terms of control technology.

This object is achieved according to the invention in that the actuator essentially has the shape of a circular disk and is concentric with the valve seat forming socket is displaceable, the diameter of which increases in the direction of the Fluid pressure occurring shift is reduced, and that the characteristic curve of the Spring according to the throttle function is non-linear, which depends on the effective diameter of the bushing variable from the position of the actuator In this way, the valve passage area is determined by the respective Annular gap formed between the apex circle of the actuator and the there is an "opposite" section of the socket axial so a radial change in the passage area takes place with the specified Medium adjusted within wide limits to changes in the prevailing fluid pressure can be.

From US-PS 3409078 there is also a radial change in the Passage opening of a control valve known; because there, however, a conical valve seat socket interacts with an actuator with the same conicity and a spring with a linear characteristic, an annular channel is formed, which also only allows a linear change.

It has proven to be sufficient in practice if the inner surface the bushing essentially from the lateral surfaces of two axially successive ones Hollow truncated cones is formed, of which the first one in the displacement direction has a larger taper angle than the following Actuator changes the size of the flow gap in the area of the first lateral surface (of the first hollow truncated cone) so relatively quickly, in the area of the second lateral surface in contrast, slower.