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Druckverminderungsventile [1]

[139] Druckverminderungsventile, selbsttätig sich einteilende Drosselventile,[139] durch die ein beliebiges Druckmittel (Dampf, Flüssigkeiten u.s.w.) von hoher Spannung auf die gewünschte niedrigere Spannung gebracht wird.

Sie werden in Dampfleitungen verwendet, wenn z.B. von einer Kesselanlage, die zum Betriebe von großen Dampfmaschinen, Dampfturbinen oder dergl. für eine Dampfspannung von 10, 12 und mehr Atmosphären vorgesehen ist, Dampf von geringerer Spannung für Nebenbetriebe, z.B. für Heiz- und Kochapparate, für chemische Zwecke oder für kleine Hilfsmaschinen durch diese Leitungen entnommen werden soll. – Die Dampfdruckverminderungsventile werden meistens gleichzeitig als Druckregler ausgebildet, d.h. so eingerichtet, daß sie den Niederdruck möglichst unabhängig von den Schwankungen des Hochdrucks stets auf einer und derselben Höhe erhalten. Die dementsprechende Einstellung des Drosselventils wird durch einen unter dem Einfluß des Niederdrucks stehenden Kolben (oder eine Membran oder einen Schwimmer) bewirkt, der je nach der Niederdruckspannung das einer einstellbaren Gewichts- oder Federbelastung ausgesetzte Ventil mehr oder weniger öffnet. Die Einstellung auf eine bestimmte Niederdruckspannung erfolgt durch Einstellung der äußeren Belastung (Gewicht oder Feder) nach einem möglichst vom Druckverminderungsventil selbst oder in dessen Nähe an die Niederdruckleitung angeschlossenen Manometer.

Die Größe des Ventils hängt von dem Dampfverbrauch und von dem Druckunterschied vor und hinter dem Ventil ab; sie wird in der Praxis meist nach Tabellen bestimmt, die auf Grund von Erfahrungswerten aufgestellt sind und in denen für die einzelnen Dampfverbrauchsziffern und Druckunterschiede die lichten Durchmesser der Ventile angegeben sind (vgl. Katalog von Schäffer & Budenberg, Magdeburg-Buckau). Im allgemeinen muß der Querschnitt so berechnet werden, daß das Ventil bei dem größten Dampfverbrauch etwa um ein Viertel seines Gesamtquerschnitts geöffnet ist. Einen Anhalt für die Berechnung gibt die empirische Formel F = 0,01 · Q · V, bei starker Druckverminderung F = 0,007 · Q · V, worin unter F der Ventilquerschnitt in Quadratzentimetern, Q die Höchstmenge des in der Stunde verbrauchten Dampfes in Kilogramm und V das Volumen eines Kilogramms reduzierten Dampfes in Kubikmetern verstanden ist. – Verschiedene Dampfdruckverminderungsventile, bei denen die Einstellung des Drosselventils durch einen Steuerkolben bewirkt wird, zeigen die Patentschriften Nr. 4578, 4746, 5545, 7769, 13641, 15379, 19369, 22106, 22929, 28192, 34186, 34187, 36833, 37193, 42000, 45305, 48225, 49566, 49761, 54791, 55916, 60054, 60732, 64012, 71058, 77012, 81865, 83985, 85709, 90702, 91004, 107629, 107765, 108156, 108514, 109375, 111142, 111493, 111730, 111856, 125906, 126588, 129841, 137322, 145121, 154748. Ein solches Ventil, das auch, wie vielfach üblich, mit einer Einrichtung versehen ist, um es von Hand abstellen zu können, zeigt Fig. 1, ein Dampfdruckverminderungsventil von Schäffer & Budenberg, Magdeburg-Buckau (D.R.P. Nr. 105824). Dieses Ventil besitzt zwei gleichachsige Abschlußorgane, von denen das äußere, größere durch den Druckunterschied vor und hinter dem Ventil geschlossen gehalten wird, während das innere, kleinere beständig, also auch in der Schlußstellung, entlastet und so angeordnet ist, daß nach seiner Eröffnung das größere Abschlußorgan zunächst ebenfalls entladet und dann durch die Gegenbelastung (Feder oder Gewicht) geöffnet wird. Das Ventil wird in wagerechter Lage, mit dem Steuerkolben nach oben, eingeschaltet, so daß dieser gegen Verunreinigung möglichst geschützt ist und ein Festsetzen desselben vermieden wird. Der Kolben ist von innen, der Zylinder, in dem er gleitet, von außen vom Dampf umspült, um eine gleichmäßige Ausdehnung des Metalls zu erzielen.

Aus der Entlastung der Ventile ergibt sich eine große Empfindlichkeit, so daß auch bei geringem Druckabfall auf der Niederdruckseite das Ventil alsbald so weit geöffnet wird, daß selbst bei bedeutender Dampfentnahme die Niederdruckspannung sich kaum ändert.

Gewichtsbelastung an Stelle der in Fig. 1 angegebenen Federbelastung ist nur bei geringer Niederdruckspannung (etwa 2 Atmosphären) zu empfehlen, da sonst das Gewicht zu schwer ausfällt. Ein Druckminderventil mit einer biegsamen Platte (Membran) als Steuerorgan, bei dem die Gefahr des Festsetzens infolge von Verunreinigungen gegenüber den Druckminderern mit Kolben vermieden ist, zeigt Fig. 2, die ein Druckminderventil von Hübner & Mayer, Wien (D.R.P. Nr. 131665), darstellt. Das Drosselventil ist mit Rücksicht auf möglichste Empfindlichkeit als entlastetes Doppelsitzventil ausgebildet. Da ferner bei einem empfindlichen Druckminderer selbst geringen Schwankungen des Niederdrucks ein großer Ventilhub entsprechen muß, so ist zwischen Membran und Ventilkörper eine die Ausschläge der ersteren vergrößernde Hebelübersetzung angewendet. Falls die Membran aus Gummi oder dergl. hergestellt ist, werden die Dampfdruckminderer in die Dampfleitung mit der Membran nach unten eingeschaltet, damit der Raum über der Membran vor Inbetriebnahme mit Wasser gefüllt werden kann und die Membran vor dem unmittelbaren Einfluß des Dampfes geschützt bleibt. Ein solches Dampfdruckminderventil von Schäffer & Budenberg (D.R.G.M. Nr. 172489) ist in[140] Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Ventil ist die Membran am unteren Ende eines dünnwandigen Rohres angebracht, das an und für sich die Wärme nur wenig überträgt, und außerdem ist der ganze untere Teil gegen das Ventilgehäuse durch Zwischenlagen von isolierenden Scheiben gegen die Temperaturübertragung geschützt. Das Rohr bleibt daher so kalt, daß sich über der Membran dauernd Kondenswasser bildet, das sie vor dem Dampf schützt. Weitere Dampfdruckminderer mit Membran zeigen die D.R.P. Nr. 935, 1979, 5807, 10900, 17084, 18270, 19415, 20634, 21751, 25025, 26009, 30572, 34260, 37708, 47205, 48208, 49354, 72400, 86276, 90670, 91747, 92481, 97218, 108876, 110068, 124352, 124951.

Ferner gibt es Dampfdruckminderer, bei denen zur Steuerung des Ventils ein Schwimmer verwendet wird, der in einer je nach der Höhe des Niederdrucks mehr oder weniger nach einem Nebenbehälter verdrängten Flüssigkeit schwimmt und seine Lage dem Flüssigkeitsspiegel entsprechend ändert (vgl. die D.R.P. Nr. 15391, 19965, 24839, 48419, 49042, 53460, 65753, 75145, 111254, 114723, 118155, 125907, 144780, 148632, 153650). – Diese Druckminderer finden jedoch meist nur dann Verwendung, wenn es sich um eine sehr geringe Niederdruckspannung handelt, wie z.B. bei Niederdruckdampfheizungen. Ein solches Druckminderventil mit Schwimmer zeigt Fig. 4, Druckminderer von Fritz Kaeferle in Hannover (D.R.P. Nr. 157777). Als Flüssigkeit für den Schwimmer ist bei diesem Ventil Quecksilber angenommen. Um ein Herausschleudern des Quecksilbers bei plötzlichen Druckschwankungen im Niederdruckraum zu verhindern, ist unter dem Schwimmer ein im Quecksilber gleichfalls schwimmendes Ventil vorgesehen, das beim Auftreten eines Druckstoßes nach Entleerung des Schwimmergefäßes die Leitung nach dem Ueberlaufgefäß abschließt. Verschiedene Dampfdruckverminderungsventile andrer als der obengenannten Gattungen, bei denen beispielsweise die Einstellung des Drosselventils durch ein Gewicht erfolgt, das selbsttätig, dem jeweiligen Dampfdruck entsprechend, auf einem Hebel verstellt wird, oder solche, bei denen auf eine Unabhängigkeit des Ventils von den Schwankungen der Hochdruckspannung kein besonderer Wert gelegt ist, zeigen u.a. die Patentschriften Nr. 25 628, 37195, 38526, 52754, 61185, 67709, 73984, 85372, 113062, 145369, 145499, 146623, 148065, 150 785.

An Stelle des Drosselventils kann bei den Druckverminderungsventilen selbstverständlich auch ein Drosselhahn, ein Schieber oder eine Drosselklappe Verwendung finden. In einigen der obengenannten Patentschriften sind solche Anordnungen dargestellt. In den Fällen, in denen die Niederdruckleitungen und – anlagen unbedingt gegen übermäßigen Druck geschützt sein sollen, empfiehlt es sich, hinter dem Druckminderer ein Sicherheitsventil anzubringen. Manche neuere Druckminderer sind nun zur Ersparung eines besonderen Sicherheitsventils gleichzeitig als solches ausgebildet. Eine solche Konstruktion zeigt Fig. 5, den Dampfdruckminderer von Eustace W. Hopkins, Berlin, D.R.P. Nr. 142812. Bei diesem Ventil ist der Steuerkolben lose auf einen als Ventilkegel ausgebildeten Bund der Ventilspindell aufgesetzt und wird nur durch eine Feder gegen ihn gehalten. Bei Ueberschreitung des höchsten zulässigen Niederdrucks hebt sich der Kolben von dem Bund ab, und der Dampf kann entweichen.

Die Ausführung der kleineren Druckminderventile erfolgt ganz in Rotguß, die der größeren Ventile meist in Eisen mit Metallgarnitur. Bezugsquellen sind folgende Firmen: A.L. G. Dehne in Halle a. S.; C.W. Julius Blancke & Cie. in Merseburg; Nachtigall & Jacoby in Leipzig; Schäffer & Budenberg in Magdeburg-Buckau; Schumann & Cie. in Leipzig; Wilhelm Strube in Magdeburg u.a., auf deren Kataloge wegen weiterer Konstruktionen und der Preise verwiesen wird.

v. Ihering.

Verschiedene Druckverminderungsventile für Wasserleitungen, als Durchgangsventile eingeschaltet, zeigen die D.R.P. Nr. 1173, 2840, 4776, 7769, 9576, 14633, 18666, 35315, 43895, 49761, 51094. Eine gute Anordnung ist die Benutzung eines Gegenkolbens, der mit dem Abschlußventil fest verbunden ist und durch seine Bewegungen das Ventil öffnet und schließt. Der Gegenkolben kann sich entweder im Niederdruckraum befinden, wie in Fig. 6, wobei er eine im Verhältnis der Druckverminderung größere Fläche erhält als das Ventil, oder er befindet sich im Hochdruckraum, wie in Fig. 7; in diesem Falle hat das Abschlußventil die größere Fläche und wird durch den Niederdruck geschlossen, sobald derselbe eine bestimmte Größe überschreitet; natürlich findet auch das Oeffnen des Ventils selbsttätig statt, wenn der Druck hinter dem Ventil nachläßt.

Bei der Konstruktion in Fig. 7 ist das Abschlußventil konisch geformt, um ein stoßfreies[141] Oeffnen und Schließen des Ventils zu bewirken und einen fetten und sicheren Abschluß zu schaffen, sobald der Maximaldruck im Niederdruckraum erreicht ist. Es stellt sich nämlich bei dem Schluß des Konusventils ein Ueberdruck auf der Niederdruckseite her, wodurch ein dichter Abschluß erzielt und ein Ausgleich der Druckspannungen im Hoch- und Niederdruckraum vermieden wird, selbst wenn noch so lange Zeit eine Wasserentnahme aus dem letzteren nicht stattfindet. Das Ventil öffnet sich erst wieder, wenn durch Oeffnen eines Hahns im Niederdruckstrang die Spannung in diesem bedeutend geringer geworden ist. – Diese Konstruktion (D.R.P. Nr. 81865) ist für große und kleine Leitungen anwendbar; die Durchmesser des Kolbens und des Ventilkonus berechnen sich mit Rücksicht auf die gewünschte Druckverminderung in folgender, allerdings etwas empirischer Weise, die mit den praktischen Ergebnissen gut übereinstimmt. Soll z.B. in einer Leitung von 25 mm Lichtweite der Druck von 6 auf 4 Atmosphären vermindert werden, so wählt man zunächst dementsprechend d = 25, D = 30 mm; bei geöffnetem Ventil kann man annehmen, daß die dem mittleren Durchmesser entsprechende Ventilfläche von oben mit 6, von unten mit 4 Atmosphären Druck belastet ist; der mittlere Durchmesser des Ventilkonus ist 0,5 · (2,5 + 3) = 2,75 cm und die ideelle Druckfläche für den offenen Zustand demnach 5,94 qcm; es ist also der Druck von oben 5,94 · 6 = 35,64 und von unten 5,94 · 4 = 23,76 kg, Differenz 11,80 kg als Ueberdruck von oben, der durch den Gegenkolben ausgeglichen werden muß, damit bei dem Druckverminderungsverhältnis von 6 : 4 das Ventil schwebend und offen bleibt; hiernach bestimmt sich der Durchmesser di des Gegenkolbens aus: 0,25 · 6 · π d₁² = 11,80, d₁ = 1,58 cm. Wird im Niederdruckstrang kein Wasser entnommen, so schließt das Ventil vollständig ab, und es treten nun folgende Verhältnisse ein: Druck von oben 6 (0,25 · π d² – 0,25 π · d₁²) = 16,38 kg; Druck von unten 4 · π D² : 4 = 28,28 kg; Ueberdruck von unten 11,90 kg. Damit das Ventil sich wieder öffnen kann, muß der Niederdruck auf ein bestimmtes Maß sinken, nämlich auf einen Druck p = 16,38 · 4 : π D² = 2,3 Atmosphären. Durch Verkleinerung von D wird der Minimalöffnungsdruck vergrößert, ebenso durch Vergrößerung des Durchgangs bei gleichbleibender Konizität.

Preise nach der Liste der Maschinen- und Armaturenfabrik in Hochst a. M.:

Die auf der Zeichnung angegebenen Gegengewichte und der Verzögerungskolben K sind in der Regel nur bei größeren Dimensionen erforderlich. Die Gegengewichte gestatten eine kleine Veränderung des Reduktionsverhältnisses; der Kolben K, der sich in dem mit Wasser gefüllten Zylinder bewegt, läßt das Wasser durch kleine Oeffnungen oder durch einen engen Zwischenraum zwischen Kolben- und Zylinderwandung nur langsam von der einen auf die andre Seite des Kolbens treten, wodurch eine zu schnelle Bewegung des Ventils vermieden wird.

Blecken.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.