AT395468B - Anordnung zur mehrstufigen drosselung von gasfoermigen medien in regelventilen - Google Patents

Description

AT 395 468 B

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur mehrstufigen Drosselung von gasförmigen Medien in Regelventilen mit mehreren, in einem Gehäuse konzentrisch angeordneten Lochdrosselkörpem mit Kreisquerschnitt, denen Regelkanten zugeordnet sind, wobei eine Spindel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen den Lochdrossel-körpem und den zugeoidneten Regelkanten vorgesehen ist, wobei mindestens zwei gemeinsam, in bezug auf das 5 GehäusebeweglicheLochdrosselkörpermitvoneinanderunabhängigenDurchströmflächencharakteristikavorgese-hen sind, denen mindestens zwei in bezug auf das Gehäuse unbeweglich angeordneten Regelkanten zugeordnet sind, und daß die Anströmungsrichtung der beweglichen Lochdrosselkörper gegen die Schließrichtung des Ventils vorgesehen ist, wobei der für die Durchströmung zur Verfügung stehende Querschnitt nach der ersten Drosselstufe größer oder gleich dem Innendurchmesser des Lochdrosselkörpers der ersten Drosselstufe ist. 10 Eine solche Anordnung ist aus der DE-AS 2 423 749 bekannt.

Bei hochbelasteten Regelventilen, die zum Druckabbau oder zur Aufrechterhaltung eines Differenzdruckes in einem Rohrsystem, das von gas- bzw. dampfförmigen Medien durchstiömt wird, eingesetzt sind, müssen häufig zulässige Grenzen für die Geräuschemission eingehalten werden. Es darf daher während des Durchströmens des Ventiles zu keinen physikalischen Unstetigkeiten - bei Gasen und Dämpfen Druckwellen infolge überkritischen 15 Druckabbaues - kommen. Dies kann oft nur durch die Anwendung besonderer Maßnahmen, nämlich Ersatz des in der Vergangenheit hauptsächlich angewendeten einstufigen Drosselprinzips - Drosselung mit Hilfe einer Sitzkantc und eines paraboiartigen Regelkegels - durch andere Drosselelemente, erreicht werden. Es sind Lösungen bekannt, bei welchen als Drosselelement ein rohrförmiger Teil mit, entsprechend der gewünschten Regelcharakteristik, auf der Mantelfläche verteilten Drosselbohrungen, ein sogenannter Lochdrosselkörper, verwendet wird. Durch eine 20 kreisförmige Regelkante wird nun während des Spindelhubes ein mehr oder weniger großer Teil dieser Mantelfläche und damit der Bohrungen freigegeben und ist für den Durchfluß wirksam; der lärmmindemde Effekt dieser Anordnung allein genügt jedoch oft nicht und es sind Lösungen bekannt, die zusätzlich sogenannte Widerstandspakete, Labyrinthscheiben od. dgl. damit kombinieren oder auch eine oder mehrere Viellochdrosselscheiben in Strömungsrichtung dahinter anordnen. Alle diese Lösungen haben zum Ziele, den Druckabbau auf mehrere 25 Drosselstellen aufzuteilen. Die der variablen Drosselstelle (Lochdrosselkörper und Regelkante relativ zueinander bewegliche) vor bzw. nachgeschalteten Elemente sind aber jeweils nur für einen bestimmten Betriebsfall voll wirksam und es ist nicht oder nur schwer möglich, den sich während des Spindelhubes ändernden Bedingungen, insbesondere Änderungen der Durchflußmenge und des Differenzdruckes am Regelventil, Rechnung zu tragen. Außerdem sind viele dieser Ausführungen, wegen der zu ihrer Wirksamkeit erforderlichen kleinen Durchström-30 querschnitte, sehr schmutzempfindlich.

Weiters sind hiezu oftmals spezielle Ventilgehäuse notwendig, da diese Einbauten viel Raum beanspruchen.

Vor allem zur Lösung der Aufgabe einer Verringerung bzw. Unterdrückung dar Geräuschbildung über den gesamten Arbeitsbereich eines Drosselventils ist aus Fig. 1 der bereits eingangs genannten DE-OS 2 423 749 ein dreistufiges Drosselventil bekannt geworden, bei welchem nur der Lochzylinder der ersten Stufe (Druckabbau von 35 pl auf p2) beweglich ist und konzentrisch innerhalb der ortsfest angeordneten Lochzylinder der zweiten Stufe (Druckabbau von p2 auf p3) bzw. der dritten S tufe (Druckabbau von p3 auf p4) geführt ist Durch Anwendung dieses Konzeptes - ein Lochzylinder beweglich innerhalb zweier ortsfester Lochzylinder - welches Konzept im übrigen auch bei dem aus der hinsichtlich der Aufgabenstellung aber schon weiter äbliegenden DE-AS 2444 607 bekannten Drosselventil Verwendung findet, ist es aber im bekannten Fall nicht mehr möglich, den Vorgang der stufenlosen 40 Regelung auf mehr Stufen auszudehnen. Dies zeigt deutlich die Ausführungsform gemäß Fig. 2 der DE-AS 2 423 749: Die in dieser Ausführungsform vorgesehene Erweiterung des bekannten Drosselventils auf mehr als drei Drosselstufen ist nur mittels einer altbekannten Labyrinthanordnung möglich, die nicht mehr kontinuierlich regelbar ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Beschränkung dahingehend zu überwinden, daß die Zahl der 45 Drosselstufen auf beliebig viele Stufen ausgeweitet werden kann, wobei in allen Stufen einekontinuierlichregelbare

Drosselwirkung vorliegt Dies wird bei der eingangs näher bezeichneten Anordnung erfindungsgemäß auf überraschend einfache Art dadurch erreicht daß mindestens zwei gemeinsam auf in bezug auf das Gehäuse bewegliche Lochdrosselkörper mit voneinander unabhängigen Durchströmflächencharakteristika vorgesehen sind, denen mindestens zwei in bezug auf das Gehäuse unbeweglich angeordnete Regelkanten zugeordnet sind, und daß die 50 Anströmungsrichtung der beweglichen Lochdrosselkörper gegen die Schließrichtung des Ventils vorgesehen ist wobei der für die Durchströmung zur Verfügung stehende Querschnitt nach der ersten Drosselstufe größer oder gleich dem Innendurchmesser des Lochdrosselkörpers der ersten Drosselstufe ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet es somit mit geringem Aufwand eine über den gesamten Hubbereich voll wirksame mehrstufige Drosselung mit n-Stufen zu erreichen. Weiters ist die erfindungsgemäße Anordnung 55 zusammen mit herkömmlichen Ventilgehäusen einsetzbar.

Bei der mehrstufigen Drosselung von Gasen und Dämpfen ist es vor allem auch wichtig, daß wegen des mit sinkendem Druck steigenden spezifischen Volumens der im Sinne fallenden Druckes jeweils nächste Lochdrossel- -2-

AT 395 468 B körper einen größeren Durchmesser als der jeweils vorhergehende Lochdrosselkörper aufweist. Diese Forderung ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 im buchstäblichen Sinne und bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 immerhin so weit realisiert, daß der Durchmesser des Lochdrosselkörpers in der 1. und 2. Drosselstufe wenigstens gleich bleibt - und im Gegensatz zu der besonders ungünstigen Realisierung gemäß S der DE-AS 2 423 749 nicht kleiner wird. Bei dem aus dieser DE-AS bekannten Drosselventil ist der Durchmesser des Lochzylinders, der die erste Drosselstufe (Druckabbau von pl auf p2) bildet, größer als der Durchmesser des die zweite Drosselstufe (Druckabbau von p2 auf p3) bildenden Lochzylinders, wodurch es zu Inhomogenitäts- und Stoßerscheinungen kommen muß, da die konstruktive Ausgestaltung der Volumina nicht mit den Erfordernissen des spezifischen Volumens konform ist. Würde man aber - wozu in der in Rede stehenden DE-AS keinerlei Anregung 10 vorliegt - den Durchtrittsquerschnitt der 2. Stufe entsprechend den Erfordernissen des spezifischen Druckes in dieser

Stufe dimensionieren, so wäre der Durchtrittsquerschnitt der 1. Stufe und damit das Bauvolumen des ganzen Ventils unnötig groß.

Weiters ist zu beachten, daß dadurch im bekannten Falle auch der in der 1. Stufe vorzusehende Dichtsitz im Durchmesser unnötig groß wird, wodurch sich - gegenüber dem erfmdungsgemäßen Ventil, bei welchem der 15 Dichtsitz den kleinstmöglichen Durchmesser aufweist - bei dem aus der DE-AS 2423 749bekannten Ventil unnötig große Stellkräfte ergeben (u. zwar um 20 - 30 % größere Kräfte als beim erfindungegemäßen Ventil).

Es ist weiters vorteilhaft, wenn - gemäß der erfindungsgemäßen Konstruktion - die Anströmungsrichtung gegen dieSchließrichtung des Ventils vorgesehen ist, da dannstabileSchließverhältnisse und-kräftevorliegen. Demgegenüber wird das aus der DE-AS 2423749bekannte Ventil in Schließrichtung angeströmt, wodurch insbesondere in der Nähe 20 der geschlossenen Stellung ein labiles Verhalten des Schließkörpers zu beobachten ist Diesen Nachteil des bekannten Drosselventils weist die erfindungsgemäße Konstruktion nicht auf.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfmdungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zusätzlicher Lochdrosselkörper unbeweglich in bezug auf das Gehäuse angeordnet ist, dem mindestens eine zusammen mitdenbeweglichenLochdrosselkörpembeweglicheRegelkante zugeordnet ist. Weiters kann auch einer 25 der beweglichen Lochdrosselkörper zwei Drosselstufen auf weisen, zwischen denen axiale Durchströmung gegeben ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der zwei Drosselstufen aufweisende Lochdrosselkörper und die Regelkanten dieser zwei Stufen denselben Durchmesser aufweisen.

Eine besonders kompakte Bauweise ist eireichbar, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mindestens eine Kante der Drosselkörperführung im Bereich eines Ventildeckels die Regelkante für einen 30 beweglichen Lochdrosselkörper bildet Weiters können wahlweise jene die Lochdrosselkörper und/oder die Regelkanten tragenden Bauteile aus einem Teil oder mehreren Einzelteilen bestehen.

Es können so n-Stufen durch die konzentrisch angeordneten Lochdrosselkörper, von denen jeder während des Spindelhubes in Verbindung mit der ihm zugeordneten Regelkante eine seiner Charakteristik entsprechende Durchtrittsfläche freigibt, gebildet werden. Die Anzahl der Stufen richtet sich nach den herrschenden Betriebs-35 bedingungen und die Charakteristik der Lochanordnung auf der Mantelfläche jedes Lochdrosselkörpers wird derart gewählt, daß eine gleichmäßige, unterkritische Drosselung in jeder Stufe über den ganzen Hubbereich gegeben ist. Durch die im wesentlichen radiale Durchstömung sind viele Stufen, die bei sehr hohen Druckdifferenzen nötig sind, in herkömmliche Ventile einbaubar, wenn die Nennweite der Armatur der für geräuscharme Durchströmung nötigen Nennweite der Rohrleitung hinter dem Ventil angeglichen wird. Wegen des bei Gasen und Dämpfen mit sinkendem 40 Druck steigenden spezifischen Volumens ist eine Durchströmung der Lochdrosselkörper von innen nach außen günstig, da wegen des größeren Durchmessers der jeweils nächste Lochdrosselkörper mit dem spezifischen Volumen angepaßter, größerer freier Durchtrittsfläche ausgestattet werden kann.

Die Erfindung wird nun an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erste und Fig. 2 eine zweite Ausführungform der erfindungsgemäßen Anordnung. 45 In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung für eine dreistufige Drosselung dargestellt. Im Gehäuse (8) ist der Sitz (10) eingeschraubt, der konzentrische Mehrstufendrosselkörper (9) ist in voll geöffnetem Zustand (bzw. Stellung) dargestellt, in welchen er durch die Spindel (7) gebracht worden ist. Der Sitz (10) ist als Führung für die Lochdrosselköipereinheit ausgebildet. Bei Durchströmung von innen nach außen (gemäß dem in vollen Linien dargestellten Pfeil in Fig. 1) bildet der Lochdrosselkörper (1) mit der Regelkante (2) die erste Stufe. Im geschlossenen 50 Zustand stellt die Regelkante (2) gleichzeitig den Dichtsitz dar. Dies ist wichtig, da zur Erzielung kleiner erforderlicher Stellkräfte der Dichtsitz einen möglichstkleinen Durchmesser haben soll. Die zweite Stufe wird durch den Lochdrosselkörper (3) und die Regelkante (4) gebildet Die dritte Stufe besteht aus dem Lochdrosselkörper (5) und der Regelkante (6). Bei dieser Ausführung sind also alle Lochdrosselkörper zusammengefaßt und mit Hilfe der Spindel (7) beweglich. Alle Regelkanten (2,4,6) werden durch den Sitz (10) gebildet Bei dieser Ausführung ist 55 zwischen den Stufen eine radiale Durchströmung gegeben.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung für eine viastufige Drosselung dargestellt. Im Gehäuse (8) ist der Sitz (10) eingeschraubt, der konzentrische Mehrstufendrosselköiper (9) ist in voll geöffnetem Zustand (bzw. -3-

Claims (5)

1. AT 395 468 B Stellung) dargestellt, in welcher er durch die Spindel (7) gebracht worden ist. Der untere Ventildeckel (19) ist als Führung für die Lochdrosselkörpereinheit ausgebildet. Bei Durchströmung in Richtung des mit vollen Linien dargestellten Pfeils in Fig. 2 bildet der Lochdrosselkörper (11) mit der Regelkante (12) die oste Stufe, da* Lochdrosselkörper (13) mit der Regelkante (14) die zweite Stufe, der Lochdrosselkörper (15) mit der Regelkante (16) die 5 dritte Stufe und der Lochdrosselkörper (17) mit der Regelkante (18) die vierte Stufe. Die Regelkante (14) bildet gleichzeitig den Dichtsitz. Die erste und zweite Stufe haben denselben Durchmesser. Bei dieser Ausführung sind also die Lochdrosselkörper (11,13) und (15) der Stufen eins bis drei zusammengefaßt und mit Hilfe der Spindel (7) beweglich. Die Regelkante (12) der osten Stufe wird durch die Führung am Deckel (19), die Regelkanten (14) und (16) der zweiten und dritten Stufe werden durch den Sitz (10) gebildet. Der Loch-10 drosselkörper (17) der vierten Stufe ist ein Teil des Sitzes (10) und somit unbeweglich im Gehäuse (8) fixiert. Die zugehörige Regelkante (18) wird durch die Spindel (7) mit den Lochdrosselkörpem (11,13 und 15) der ersten bis dritten Stufe mitbewegt. Die Strömung zwischen den einzelnen Stufen ist hier kombiniert axial - von Stufe eins zu Stufe zwei - und radial - zwischen den restlichen Stufen. Die radiale Strömung erfolgt in der ersten Stufe von außen nach innen, in den restlichen Stufen von innen nach außen. 15 PATENTANSPRÜCHE 20 1. Anordnung zur mehrstufigen Drosselung von gasförmigen Medien in Regelventilen mit mehreren, in einem 25 Gehäuse konzentrisch angeordneten Lochdrosselkörpem mit Kreisquerschnitt, denen Regelkanten zugeordnet sind und eine Spindel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen den Lochdrosselkörpem und den zugeordneten Regelkanten vorgesehen ist, wobei mindestens zwei gemeinsam in bezug auf das Gehäuse bewegliche Lochdrosselkörper mit voneinander unabhängigen Durchströmflächencharakteristika vorgesehen sind, denen mindestens zwei in bezug auf das Gehäuse unbeweglich angeordneteRegelkanten zugeordnet sind, unddaß die Anströmungsrichtung 30 der beweglichen Lochdrosselkörper gegen die Schließrichtung des Ventils vorgesehen ist, wobei der für die Durchströmung zur Verfügung stehende Querschnitt nach der ersten Drosselstufe größer oder gleich dem Innendurchmesser des Lochdrosselkörpers der ersten Drosselstufe ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Lochdrosselkörper (1,3, 5; 11,13,15) auf der Mantelfläche, wie an sich bekannt, mit mehreren Reihen von Drosselbohrungen versehen sind, wobei mindestens ein an sich bekannter, zusätzlicher Lochdrosselkörper (17) 35 unbeweglich in bezug auf das Gehäuse (8) angeordnet ist, dem mindestens eine zusammen mit den beweglichen Lochdrosselkörpem (1,3,5; 11,13,15) bewegliche Regelkante (18) zugeordnet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beweglichen Lochdrosselkörper (11,13) zwei Drosselstufen aufweist, zwischen denen axiale Durchströmung gegeben ist (Fig. 2). 40
3. 3. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwei Drosselstufen aufweisende Lochdrosselkörper (11,13) und die Regelkanten (12,14) dieser zwei Stufen denselben Durchmesser aufweisen (Fig. 2).
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kante (12) der 45 Drosselkörperführung im Bereicheines Ventildeckels (19) die Regelkante füreinenbeweglichenLochdrosselkörper (11) bildet (Fig. 2).
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise jene die Lochdrosselkörper und/oder die Regelkanten tragenden Bauteile (9,10) aus einem Teil (2,4,6; 11,13; 14,16; 17; 15,18) oder 50 mehreren Einzelteilen (1,3,5; 14,17 bzw. 16,17) bestehen. 55 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-