Stromliniengerechtes Senkrechtspindelventil. Es sind verschiedene Konstruktionen für Senkreohtspindelventile mit den normalen Hauptabmessungen bekannt geworden, bei denen durch besondere Massnahmen ein möglichst geringer Durchflusswiderstand an gestrebt wind.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem gleichen Gegenstand und erreicht auf neuartigem Wege sehr niedrige Wider standszahlen (durch Versuche belegt), wobei gleichzeitig gewisse konstruktive Vorteile ge genüber dem bisherigen Stand der Technik erreicht werden.
Nach den bisher vorliegenden Konstruk tionen ist es bekannt geworden, einen ge ringen Durehflusswiderstand dadurch zu er reichen, dass- man den mittleren Strömungs weg als möglichst sanft gekrümmte S-Bahn ausführt. Dies führt bei senkrechter Spindel- anordnung zu einer schrägen Durchströmung des Ventilsitzes,
den man zur Vermeidung allzu grosser Verluste uni ein gewisses Mass gegenüber den Anschlussquerschuitten des Ventilgehäuses erweitert. Man muss ferner die die Strömung unterhalb des Ventilsitzes führende Wand schräg nach dem Ventilsitz einmünden lassen.
Mit diesen Mitteln kann man zwar einen verhältnismässig günstigen Durchflussbeiwert erreichen, man muss aber die - Unannehmlichkeit in Kauf nehmen, dass infolge des, grösseren Ventilsitzes auch der Ventilkegel und damit der ganze Ventil- aufsatz vergrössert und verteuert wird.
Zu deM zeigen die bisher nach diesen Grund sätzen gebauten Ventile :doch strömungs- technische Mängel, die bisher nicht beseitigt werden konnten.
Vorliegende Erfindung schlägt nun einen grundsätzlich andern Weg zur Kleinhaltung ,der Verluste vor und vermeidet,dabei gleich zeitig die wirtschaftlichen Nachteile, die .durch :den erweiterten Ventilsitz sich er geben.
Für -die Erzielung einer wirklich guten Strömungsform ist es weniger wichtig, einen möglichst gleichmässigen Verlauf der mittleren Geschwindigkeit (Wassermenge: Querschnitt) nach Grösse und Richtung zu verwirklichen, .sondern man muss in erster Linie darauf achten, starke und wiederholte örtliche Geschwindigkeitsänderungen nach Grösse und Richtung zu vermeiden.
Aus diesem Grunde wird bewusst von der bei Senkrechtspindelventilen bisher gültigen Regel abgewichen, den mittleren Strömungs weg als möglichst sanft gekrümmte S-Bahn auszubilden, sondern der Strömungsweg wird vorteilhafterweise so geführt, dass Ablösungen und örtliche Wirbelbildungen des Fluidums bereits vor dem Ventilsitz möglichst vermie den werden sollen und dass, der Ventilsitz selbst von einer möglichst "gesunden",
dass heisst gleichmässig verteilten Strömung durch- flossen werden kann.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Die Umlenkung der Strömung aus der Ventilachse 16-16 nach ,dem Ventilsitz 1,0 hin beginnt direkt von der Ebene des Anschlussflansches an, ge gebenenfalls dicht hinter dem Eintrittsquer- schnitt 1.
Die obern und untern Wandungen 3 und 2 des in vertikaler Richtung in den Ventilsitz mündenden Zuflusskanals sind also bereits am Eintrittsquerschnitt, die erstere geradlinig,
die letztere beinahe geradlinig unter einem gewissen Winkel gegen die Ven tillängsachse geneigt und sind in ihrem weiteren Verlauf tangential an die. im wesentlichen aus den Kreisbögen mit den Krümmungsradien 4 und 5 bestehenden Übertragungsbögen der Wandungen zum Ventilsitz angeschlossen. Hierbei wird die zwischen der Ansehlussrohrleitung 6 und der Wand 3 entstehende
konkave Ecke bewusst in Kauf genommen, da sie, wie Erfahrungen an ähnlichen Strömungsräumen gezeigt haben, keine fühlbaren Verluste ergibt. Auch an der zwischen der Anschlussroh,rleitung 6 und der Wand 2 entstehenden stumpfen Ecke können keine sogenannte Ablösungen des Fluidums auftreten, denn es entsteht durch die Neigung der Wand 3, ein Druckgefälle in Richtung des Pfeils 7,
das die Strömung zum Anhaften an der Wand 2 veranlasst. Die Wandungen 2 und 3 sind ferner so geführt, dass die Strö mung an der Stelle B bereits mit Sicher heit wieder eine Richtung parallel zur Ventil längsachse 16-1-6 besitzt. Dies wird einmal durch die Vermeidung einer starken S-för- mögen Krümmung der Wand 3,
ferner durch einen möglischt grossen Krümmungeradius 4 und schliesslich durch eine Quersehnitts- erweiterung im Querschnitt 9 gegenüber dem Ventilsitz 1ss erreicht. Der Kanalquerschnitt erweitert sich allmählich vom Ansehluss- stutzen 6 weg etwa bis zum untern Scheitel- punkt und verengt sich
dann wieder bis zum Ventilsitz. Im Querschnitt 9, kurz vor dein Scheitelpunkt, ist die Höhe des Kanalquer- schnittes am kleinsten;. Durch die genannte Querschnittserweiterung im untern Teil wird die mittlere Geschwindigkeit des Fluidums im Querschnitt 9 verringert;
und da gleich zeitig der Krtimmungsradiu@s 4 gross gehalten ist, wird auch die rein örtliche Geschwindig- keit an der Stelle 8 gering gehalten. Dies ist aber besonders wichtig, denn bei den bisher üblichen Formen ist die Wandkrümmung bei 8 sehr scharf und ,verursacht einen Aib- lösungswirbel,
der noch einen grossen Teil des Ventilsitzes 10 ausfüllt und der in erster Linie die Höhe der Verluste des ganzen Ven tils mitbestimmt. Nach der Zeichnung wird dies dadurch vermieden, dass die örtliche Ge schwindigkeit bei 8 erstens klein gehalten wird und zweitens eine Richtung erhält, die eine verlustarme Umlenkung in den Ventil sitz ermöglicht.
Es hat sich bei Versuchen ,gezeigt, dass bei einem Ventil für einen ,Sitzdurchmesser von 100 mm und einen Krümmungsradius 4 von 13 mm Ablösungswirbel -des Fluidums nicht mehr auftreten:
Die untere Grenze für den .Radius 4 liegt jedoch eher noch etwas niedriger und ist ausser von der Lichtweite des Ventils auch von der Neigung der obern Wandung 3 des in den Ventilsitz mündenden Kanals abhängig. Empirisch lässt sich sagen, dass bei einem Verhältnis des Sitzdurch messers zum Krümmungsrkdius 4 etwa gleich 10 :
1 eine nennenswerte Strahlablösung bei Wasser und Flüssigkeiten ähnlicher Visko sität nicht mehr eintritt, soweit die Neigung ,der Wandung 3 nicht wesentlich steiler als in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist.
Der Krümmungsmittelpunkt 11 des Krümmungsradius 5 wird weiterhin so ge legt, dass die Wand 2 tangential in den Ven tilsitz 10 einmündet, das heisst der Krüm- mungsmittelpunkt 11 liegt unterhalb der Ventilsitzebene und innerhalb des Zufluss- kanaIs. Diese Massnahme bezweckt und er möglicht, dass,
der Ventilsitz mit möglichst gleichmässig verteilter Geschwindigkeit prak tisch ohne Wirbelablösungen durchströmt wird. Infolgedessen treten auch ohne Quer- sebnittserweiterung des Ventilsitzes keine höheren Geschwindigkeiten des Fluidums im Ventilsitz auf.
Der Verlauf,der untern Wan dung 2 bei er Einmündung in den; Ventil- sitz 1,0 bedingt hier ein Druckgefälle in Richtung des Pfeils 12, wodurch Wirbel ablösungen auf .der Seite des Krümmungs- radius 4 unterbunden werden.
Hinter dem Ventilsitz kann nunmehr die Strömung des Fluidums ahne grosse Verluste nach dem Austrittsquerschnitt geleitet wer den, da die .Strömung ohne starke Wirbel und gleichmässig verteilt den Ventilsitz 10 durch strömt. Man vermeidet natürlich auch hinter ,dem Ventilsitz tunlichst alle bekannten S-förmigen Wandungskrümmungen.
Fig. 2 zeigt eine bisher übliche Bauart von Sen@krechtspindelventilen mit Strom- linienform. Die vorhin beschriebene Erfin dung geht von der Erkenntnis aus, dass an den Stellen 13 und 1,4 dieser bekannten Ven- tile die Strömung des Fluidums sich ablöst und starke Wirbel bildet.
An der Stelle 13 wird die Strömung unter dem Einflu der S-förmig gekrümmten Wand 15 eine stark gegen die Ventillängsachse 116 ,geneigte Rich tung besitzen,, wodurch die Gefahr der Ab lösung und Wirbelbildung, die an sich schon wegen des geringen: Krümmungsradius 17 sehr erheblich ist, stark gesteigert wird.
Die Folge dieser Ablösung und gleichzeitig der Strömungsführung durch die Wand 18 ist, dass der Ventilsitz 10 zwar schräg durch strömt wird, was ja mit diesen Bauformen angestrebt wird, dass aber ein .grosser Teil des Ventilsitzes durch den Ablösungswirbel 19 ausgefüllt wird. Infolgedessen ist die wahre Durchfluss,geschwindigkeit 20 im Ven tilsitz wesentlich grösser, als man nach den reinen Querschnittsverhältnissen annehmen könnte. An der Stelle 14 wiederholt sich der gleiche Vorgang wie bei der Stelle 13.
Als Folge der grossen Geschwindigkeit 20 und des geringen Krümmungsradius 21 löst sich auch hier die Strömung ab und die Wand 2,2 kann in keiner Weise der ;Strömungsführung dienen.
Die in Fig. 2. veranschaulichten ungünsti gen Strömungsverhältnisse können in dem Ventil nach F'ig. 1 zum weitaus grössten Teil vermieden werden. Dabei kommt die Ventil form nach der Erfindung mit kleinerem Sitz- querschnitt aus, als für ein Ventil nach Fig. 2 notwendig ist.
Versuche haben den Nachweis der Richtigkeit des Gedankens -der Erfindung erbracht. Ein nach den Merk- maJen der Erfindung konstruiertes Ventil (nach Big. 1), dess en ,Sitzquerschnitt gegen über ,den Querschnitten an den Anschiuss- flanschen nicht erweitert war,
ergab einen um mehr als<B>10%</B> .geringeren Durchfluss- widerstand, als die bisher übliche Bauform (nach Fig. 2) trotz einer Sitzerweiterung von mehr als 20% des Querschnittes.
Streamlined vertical spindle valve. There are various designs for Senkreohtspindelventile with the normal main dimensions are known, in which the lowest possible flow resistance is sought through special measures.
The present invention is concerned with the same subject and achieved in a novel way very low resistance numbers (proven by tests), while certain structural advantages ge compared to the prior art are achieved.
According to the designs available to date, it has become known to achieve a low flow resistance by executing the mean flow path as a suburban train that is as gently curved as possible. If the spindle is arranged vertically, this leads to an oblique flow through the valve seat,
which is expanded to a certain extent compared to the connection cross-sections of the valve housing to avoid excessive losses. Furthermore, the wall leading the flow below the valve seat must open at an angle after the valve seat.
With these means one can achieve a relatively favorable flow coefficient, but one has to accept the inconvenience that, due to the larger valve seat, the valve cone and thus the entire valve attachment is enlarged and made more expensive.
The valves, which have been built according to these principles up to now, show that there are technical flow deficiencies that have not yet been eliminated.
The present invention now proposes a fundamentally different way of keeping it small, which proposes and avoids losses, while at the same time the economic disadvantages that .by: the enlarged valve seat he gives.
To achieve a really good flow shape, it is less important to achieve the most uniform possible course of the mean speed (amount of water: cross section) according to size and direction, but you have to pay attention primarily to strong and repeated local speed changes according to size and direction Direction to avoid.
For this reason, the previously valid rule for vertical spindle valves was deliberately deviated from, namely to design the mean flow path as the gently curved S-Bahn possible, but the flow path is advantageously guided in such a way that detachments and local eddies of the fluid are avoided as far as possible before the valve seat should and that, the valve seat itself from a "healthy",
that means evenly distributed flow can be flown through.
1 shows a schematic representation of a section through an exemplary embodiment of the subject matter of the invention. The deflection of the flow from the valve axis 16-16 towards the valve seat 1.0 begins directly from the level of the connection flange, possibly right behind the inlet cross section 1.
The upper and lower walls 3 and 2 of the inflow channel opening into the valve seat in the vertical direction are therefore already at the inlet cross-section, the former is straight,
the latter almost straight inclined at a certain angle against the Ven tillängsachse and are tangential to the in their further course. essentially from the circular arcs with the radii of curvature 4 and 5 existing transfer arcs of the walls connected to the valve seat. The resulting between the connection pipeline 6 and the wall 3 is hereby
concave corner consciously accepted because, as experience with similar flow spaces has shown, it does not result in any noticeable losses. Also at the blunt corner created between the connecting pipe 6 and the wall 2, no so-called detachment of the fluid can occur, because the inclination of the wall 3 creates a pressure gradient in the direction of the arrow 7,
which causes the flow to adhere to the wall 2. The walls 2 and 3 are also guided in such a way that the flow at point B already has a direction parallel to the valve longitudinal axis 16-1-6 with certainty. This is achieved by avoiding a strong S-shaped curvature of the wall 3,
furthermore achieved by a possibly large radius of curvature 4 and finally by a cross-sectional widening in cross-section 9 with respect to the valve seat 1ss. The channel cross-section gradually widens away from the connection piece 6 approximately to the lower apex and narrows
then back to the valve seat. In cross-section 9, just before your apex, the height of the canal cross-section is smallest. As a result of the widening of the cross section in the lower part, the mean velocity of the fluid in cross section 9 is reduced;
and since the radius of curvature 4 is kept large at the same time, the purely local speed at point 8 is also kept low. But this is particularly important, because the curvature of the wall at 8 is very sharp with the shapes that have been used up to now and, causing a loosening vortex,
which still fills a large part of the valve seat 10 and which primarily determines the amount of losses of the whole Ven valve. According to the drawing, this is avoided in that the local speed at 8 is firstly kept small and secondly is given a direction that allows a low-loss deflection into the valve seat.
Tests have shown that with a valve for a seat diameter of 100 mm and a radius of curvature 4 of 13 mm, vortex separation of the fluid no longer occurs:
The lower limit for the .Radius 4, however, is somewhat lower and, in addition to the clear width of the valve, also depends on the inclination of the upper wall 3 of the channel opening into the valve seat. Empirically it can be said that with a ratio of the seat diameter to the radius of curvature 4 approximately equal to 10:
1 a significant jet detachment in water and liquids of similar viscosity no longer occurs, as long as the slope of the wall 3 is not significantly steeper than in the illustrated embodiment.
The center of curvature 11 of the radius of curvature 5 is also placed in such a way that the wall 2 opens tangentially into the valve seat 10, that is to say the center of curvature 11 lies below the valve seat plane and within the inflow channel. This measure aims and enables that,
the valve seat is flown through with as evenly distributed speed as possible, with practically no vortex shedding. As a result, even without a cross-sectional expansion of the valve seat, no higher velocities of the fluid occur in the valve seat.
The course of the lower wall 2 at the confluence with the; Valve seat 1.0 here causes a pressure gradient in the direction of arrow 12, as a result of which vortex shedding on the side of the radius of curvature 4 is prevented.
Behind the valve seat, the flow of the fluid can now be directed to the outlet cross-section without major losses, since the flow flows through the valve seat 10 without strong eddies and evenly distributed. Of course, all known S-shaped wall curvatures behind the valve seat are avoided as far as possible.
Fig. 2 shows a conventional design of Sen @ vertical spindle valves with a streamline shape. The invention described above is based on the knowledge that the flow of the fluid separates at points 13 and 1, 4 of these known valves and forms strong eddies.
At the point 13, the flow under the influence of the S-shaped curved wall 15 has a strongly inclined direction towards the valve longitudinal axis 116, which creates the risk of detachment and vortex formation, which in itself already because of the small: radius of curvature 17 very is substantial, is greatly increased.
The consequence of this detachment and, at the same time, the flow guidance through the wall 18 is that the valve seat 10 is flown through at an angle, which is the aim with these designs, but that a large part of the valve seat is filled by the detachment vortex 19. As a result, the true flow rate 20 in the Ven tilsitz is much greater than one might assume from the pure cross-sectional ratios. The same process is repeated at point 14 as at point 13.
As a result of the high speed 20 and the small radius of curvature 21, the flow is also detached here and the wall 2, 2 can in no way serve to guide the flow.
The unfavorable flow conditions illustrated in FIG. 2 can occur in the valve according to FIG. 1 can be avoided for the most part. The valve shape according to the invention manages with a smaller seat cross section than is necessary for a valve according to FIG.
Tests have proven the correctness of the idea behind the invention. A valve constructed according to the features of the invention (according to Big. 1), the seat cross-section of which was not enlarged compared to the cross-sections at the connection flanges,
resulted in a flow resistance that was more than <B> 10% </B> lower than the previously common design (according to FIG. 2) despite a seat expansion of more than 20% of the cross-section.