Ilugelsehieber. Um Kugels-ehieber, wie sie zum Beispiel als Absperrorgane bei Wasserkraftanlagen in die Rohrleitungen eingebaut werden, zu be tätigen, das heisst zu öffnen und zu schliessen, sind grosse Antriebsmomente von einem ent sprechenden Antriebsmechanismus auf die Welle des Kugelschiebers zu übertragen. Die Kräfte, welche die auf den Drehkörper des Schiebers wirkenden hydraulischen Momente erzeugen, rühren zum Teil von der kompli zierten Umströmung des Drehkörpers des Kugels.chiebere her.
Sie sind durch die ver schiedenen !Strömungsgeschwindigkeiten an den verschiedenen Stellen des Schiebers und der dadurch verursachten ungleichen Druck verteilungen bedingt und können je nach dem Öffnungswinkel des Drehkörpers sehr ver schieden sein..
In Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung ist zum Beispiel die Druckverteilung im mitt leren Längsschnitt eines Kugelschieberdreh- körpers bei einem Öffnungswinkel a von 10 dargestellt.
In diese Figur sind die vier Momentanteile M', M2, Mg und M4 eingezeich net, aus denen sich das auf den Drehkörper einwirkende hydraulische Moment ergibt. In F'ig. 2 ist die Kurve .des Momentkoeffizienten K in Funktion des Öffnungswinkels:
a ein getragen. Dieser Figur lässt sich entnehmen, dass der Koeffizient K für Öffnungswinkel des Drehkörpers von V-10' sehr ausgeprägte Spitzenwerte aufweist.
Das hängt damit zu sammen, @dass, die Strömung bei teilweiser Öffnung des Drehkörpers im untern Teil des selben durch dessen scharfe Kante plötzlich stark abgelenkt wird, so dass am Eintritt an der untern Innenfläche des Drehkörpers eine starke relative Unterdruckbildung entsteht.
Bisher kannte man über die betreffenden Erscheinungen und die damit zusammen hängenden Kräfte recht wenig. Erst auf Grund neuer Untersuchungen über die Druck- verteilung an solchen Schiebern bei ver schiedenen Betriebszuständen (vergleiche "Escher-Wyss-Mitteilungen", 1942, S. 19,6) ist man sich erstmalig über die vorstehend dargelegten Vorgänge an Kugelschiebern klar g eworden.
Zweck der Erfindung ist nun, einen Kugelschieber zu schaffen, zu dessen Be tätigung bei vollkommener Betriebssicherheit: ein möglichst kleines Antriebsmoment nötig ist. Je kleiner aber das hydraulische -Moment ist, das von den Wasserkräften auf den Dreh körper ausgeübt wird, desto kleiner können auch der Antriebsmechanismus, die Wellen, Ölpumpen und dergleichen gehalten werden, was zu wesentlichen Einsparungen an Mate rial und zur Verbilligung des Betriebes führt.
Durch Versuche wurde festgestellt, dass das bei der Verstellung des Drehkörpers zu über -windende maximale Drehmoment ganz be deutend, und zwar bis auf s/3 des früher als unvermeidlich angesehenen vermindert werden kann, wenn dafür gesorgt wird, dass die relativen Unterdruckgebiete an der strombestrichenen Innenfläche des Ku- gelschieberdrehkörpers möglichst verklei nert werden.
Vor allem ist es wichtig, dass der relative Unterdruck. welcher sieh bei der Drehkörperstellung mit maximalem hydraulischem Moment auf der Innenseite des Drehkörpers vorne bildet, verkleinert wird. Dieser relative Unterdruck ist nämlich die Hauptursache des grossen hydraulischen Momentes.
Um den erwähnten Feststellungen Rech nung zu tragen, :sind nun am Drehkörper des Kugelschiebers gemäss vorliegender Erfin dung Mittel vorgesehen, welche den in den verschiedenen Zwischenstellungen des Dreh körpers an dessen strombestrichener Innen fläche auftretenden relativen Unterdruck zu verkleinern und damit auch das auf diesen Körper wirkende hydraulische -Moment her abzumindern gestatten.
Zweckmässig können die erwähnten Mittel in Öffnungen bestehen, die es .dem Strömungsmittel in Zwischenstel lungen des Drehkörpers ermöglichen, aus Überdruckgebieten in Unterdruelzgebiete zu strömen, die an der Innenfläche des Dreh- körpers vorhanden sind.
Auf der Zeichnung sind verschiedene Aus- Führungsformen des Erfindungsgegenstandes beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt: F'ig. 3 einen mittleren Längsschnitt durch einen Kugelschieberdrehkörper, bei dem .der untere Teil der Eintrittskante zackenförmig ausgebildet ist, und; Fig. 4 und 5 zeigen mittlere Längsschnitte durch Kegelschieberkörper, in denen zum Druckausgleich an ihrer strombestrichenen Innenfläche Öffnungen vorgesehen sind.
In Fig.3 bezeichnet 1 den Drehkörper eines hu;grelschiebers, dessen übrige Teile der Einfachheit halber nicht dargestellt sind, und 2 ist eine Leitung, in die der Kugel schieber eingebaut ist und die vom Wasser in Richtung des Pfeils A durchströmt wird. In der Hälfte des Drehkörpers 1, die beim Schliessen des letzteren gegen die Strömungs richtung bewegt wird, sind am untern Teil der Eintrittskante 3 Zacken 4 vorgesehen. Durch diese Zacken 4 wird in den Zwischen stellungen des Drehkörpers 1 eine Strömungs ablösung im untern, vordern Teil dieses Kör pers 1 gebrochen, so dass dort ein verkleinerter Unterdruck auftritt.
Bei dem in Fig.4 gezeigten Drehkörper > sind im vordern Teil der Drehkörperhälfte, welche lxim Schliessen des Drehkörpers gegen die Strömungsrichtung bewegt wird, durch Kanäle. G gebildete Öffnungen vorgesehen, durch die in Zwischenstellungen des Dreh körpers 5 Wasser aus einem Überdruckgebiet 7 in Unterdruckgebiete an der strombestriche nen Innenfläche des Drehkörpers 5 strömen kann.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Kugelschie- berdrehkörper 8 ist im Innern desselben ein Hohlraum 9 vorgesehen, der durch eine Gruppe van Öffnungen 10 mit einem Unter- druckgebiet an der strombestrichenen Innen fläche des Drehkörpers 8 und durch eine weitere Gruppe von Öffnungen 1.1 mit einem Überdrtpckgebiet im Innern des Drehkörpers 8 in Verbindung steht.
Durch -die Öffnungen 10 und 1.1 sowie den Hohli;aum 9 kann nun Flüssigkeit .aus einem Ülberdrucl,:gebiet nach einem Unterdruckgebiet strömen, wodurch hohe relative Unterdrücke an der strom- bestrichenem Innenfläche des Drehkörpers 8 verkleinert werden.
Kugelschieber nach der Erfindung lassen sich sowohl in hydraulischen als auch Gas leitungen einbauen.
Ilugelshieber. In order to operate, i.e. to open and close, ball valves, such as those installed in the pipelines as shut-off devices in hydropower plants, large drive torques must be transmitted from a corresponding drive mechanism to the shaft of the ball valve. The forces that generate the hydraulic torques acting on the rotating body of the slide are due in part to the complicated flow around the rotating body of the Kugels.chiebere.
They are due to the different flow velocities at the different points of the slide and the resulting uneven pressure distributions and can be very different depending on the opening angle of the rotating body.
In Fig. 1 of the accompanying drawing, for example, the pressure distribution is shown in the middle longitudinal section of a rotary ball valve body at an opening angle α of 10.
In this figure, the four torque components M ', M2, Mg and M4 are drawn, from which the hydraulic torque acting on the rotating body results. In Fig. 2 is the curve of the torque coefficient K as a function of the opening angle:
a worn. It can be seen from this figure that the coefficient K for opening angles of the rotating body of V-10 'has very pronounced peak values.
This has to do with the fact that when the rotating body is partially opened, the flow in the lower part of the same is suddenly strongly deflected by its sharp edge, so that a strong relative negative pressure is created at the entry on the lower inner surface of the rotating body.
So far, very little was known about the phenomena in question and the forces connected with them. Only on the basis of new investigations into the pressure distribution on such slides in different operating states (see "Escher-Wyss-Mitteilungen", 1942, p. 19,6) has it become clear for the first time about the above-described processes on ball slides.
The purpose of the invention is now to create a ball valve whose actuation with complete operational safety: the smallest possible drive torque is necessary. However, the smaller the hydraulic torque exerted by the water forces on the rotating body, the smaller the drive mechanism, shafts, oil pumps and the like can be kept, which leads to substantial savings in material and cheaper operation.
Experiments have shown that the maximum torque to be overcome when adjusting the rotating body can be significantly reduced, down to s / 3 of what was previously seen as inevitable, if it is ensured that the relative negative pressure areas on the current-carrying The inner surface of the rotary valve body should be reduced as much as possible.
Above all it is important that the relative negative pressure. which is seen in the rotating body position with maximum hydraulic moment on the inside of the rotating body in front, is reduced. This relative negative pressure is namely the main cause of the large hydraulic moment.
In order to take account of the findings mentioned, means are now provided on the rotary body of the ball valve according to the present invention, which reduce the relative negative pressure occurring in the various intermediate positions of the rotary body on its current-coated inner surface and thus also the relative negative pressure acting on this body hydraulic torque to be reduced.
The means mentioned can expediently consist of openings which enable the fluid in intermediate positions of the rotating body to flow from overpressure areas into underpressure areas which are present on the inner surface of the rotating body.
In the drawing, various embodiments of the subject matter of the invention are illustrated, for example, namely: FIG. 3 shows a central longitudinal section through a rotary ball valve body, in which the lower part of the leading edge is jagged, and; 4 and 5 show central longitudinal sections through cone valve bodies, in which openings are provided for pressure equalization on their inner surface with a flow line.
In Figure 3, 1 denotes the rotating body of a Hu; Grel slide, the remaining parts of which are not shown for the sake of simplicity, and 2 is a line in which the ball slide is installed and through which the water flows in the direction of arrow A. In the half of the rotating body 1, which is moved against the flow direction when the latter is closed, 3 prongs 4 are provided on the lower part of the leading edge. Through these prongs 4, a flow separation in the lower, front part of this body 1 is broken in the intermediate positions of the rotating body 1, so that a reduced negative pressure occurs there.
In the case of the rotating body shown in FIG. 4, there are channels in the front part of the rotating body half, which is moved against the direction of flow when the rotating body is closed. G formed openings are provided through which 5 water can flow from an overpressure area 7 into negative pressure areas on the strombestriche NEN inner surface of the rotating body 5 in intermediate positions of the rotating body.
In the case of the rotating ball valve body 8 shown in FIG. 5, a cavity 9 is provided inside the same, which through a group of openings 10 with a negative pressure area on the flow-coated inner surface of the rotating body 8 and through a further group of openings 1.1 with a Überdrtpckgebiet in the interior of the rotating body 8 is in communication.
Liquid can now flow through the openings 10 and 1.1 as well as the hollow space 9 from an overpressure area to an underpressure area, as a result of which high relative underpressures on the inner surface of the rotating body 8 which is coated with the current are reduced.
Ball valve according to the invention can be installed in both hydraulic and gas lines.