Ventil mit Ventileinlaufdüse und Diffusor. Ventile sollen im allgemeinen die Über führung eines Gases oder einer Flüssigkeit aus einem Raume einer Maschine in einen zweiten Raum. beherrschen. Aus. wirtschaft lichen Gründen ist es. wünschenswert, die Überführung des Mittels bei möglichst nied rigen Druckverlusten zu vollführen.
Da die Durchflusswiderstände immer dem Quadrate der betreffenden Durchflussgeschwindigkeit verhältnisgleich sind, wachsen die Wider stände mit steigender Drehzahl der Maschine sehr beträchtlich, besonders da es mit Rück sicht auf die Beschleunigungskräfte der sich bewegenden Teile nötig ist, bei diesen Ma schinen sehr leichte Ventile kleiner Abmes sungen zu wählen, was nur durch die Wahl hoher Geschwindigkeiten im Ventil erreicht werden kann;
wenn dabei die die Gesamt wirtschaftlichkeit verschlechternden Verluste an Leistung nicht übermässig wachsen sollen, ist es dringend nötig, däss die Durchfluss- widerstände im Ventil möglichst niedrig seien.
Es sind verschiedene Mittel bekannt, durch welche die Druckverluste in Ventilen herabgesetzt werden können. Die wichtigsten davon sind die düsenartige Ausbildung des Ventileinlaufes und die Anordnung eines Diffusors hinter der Ventilabschlussstelle, das heisst den Hubspalt. Die düsenartige Ausbildung des Sitzes soll eine mit mög lichst kleinen Verlusten verbundene Um wandlung der Druckenergie in kinetische Energie und der Diffusor eine solche Um wandlung dieser kinetischen Energie in Druckenergie ermöglichen.
In dieser Weise gestaltete Ventile sind aber hinsichtlich kleinster Durchflusswiderstände nicht voll befriedigend, und zwar weil bei ihnen eine Änderung der Strömungsrichtung im Diffu- sorkanal nicht vermieden war. Die Wirkung eines Dffusors wird nämlich in bedeutendem Masse durch die Ausbildung des Diffusors an der Stelle der höchsten Geschwindigkeit beeinflusst.
Bei bisher bekannt gewordenen Bauarten ist der kleinste Querschnitt, das heisst die Höchstgeschwindigkeit im Ventil immer in dessen Hubspalt verlegt (Abb.1), wo der veränderliche Querschnitt des Ventils ist. Dieser bildet dabei den kleinsten, das. heisst den Eintrittsquerschnitt des Diffusors, und erst hinter ihm findet die für einen Diffusor nachteilige Änderung der Durchflussrichtung um 90 statt.
In Abb. 1a ist für einen sol chen Fall der Druckverlauf längs der Mittel linie 0-m-2 dargestellt. Die Beschleuni gung des Stromes vollzieht sich auf der Bahn 0-m, seine Verzögerung, bedingt durch die Vergrösserung des Querschnittes, auf der Bahn m-2. Der grundsätzliche Nachteil solcher Anordnungen ist also, dass eine Umwandlung von kinetischer Energie in Druckenergie in einem für die verzögerte Strömung vollkommen, ungeeigneten Kanal stattfindet,
was grosse-Verluste zur Folge hat.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungs gemässen Ventils. ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt. Abb. 1 ist ein Verti kalschnitt eines bekannten Ventils; Abb. 1a zeigt ein Diagramm des zugehörigen Druck verlaufes, Abb. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Ventils, und Abb. 2a ist ein zugehöriges D'ruckverlaufdiagramm. Darin bedeutet:
_ Z = den Ventilhub, 11l <I>=</I> den Hubspalt, p = den Druck, Sp = die Mittelstromlinie, 4p <I>=</I> den Ventildruckverlust, pv = die Druckgeschwindigkeit.
Der Diffusor I) selbst besteht aus zwei Teilen, einem innern und einem äussern, die dauernd in geeigneter, nicht gezeichneter Weise miteinander verbunden sind. Das Tellerven til T wird durch die Feder F gegen den Ventilsitz S gedrückt. Sowohl die Einlauf düse als auch der Diffusor sind ringartig ausgebildet.
Die mittlere Stromlinie ist mit 0-1-7r-m-2 bezeichnet. Die Beschleuni gung des Stromes, das heisst die Umwand lung der Druckenergie in kinetische Energie, vollzieht sich in der stetig sich verengernden Einlaufdüse auf der Bahn 0-1-m; auf der Stromführung in--m bleibt die Geschwindig keit unverändert, dem Strom wird vor dem Eintritt in den Diffusor die in diesem herr schende Strömungsrichtung gegeben.
Die Verzögerung des Stromes, das heisst die Um wandlung der kinetischen in Druckenergie, findet in einem geraden Diffusor auf der Bahn m--2 statt. Die grösste Geschwindig keit im Ventil wird erst im Querschnitt 7n hinter dem Hubspalt erreicht und nicht im Hubspalt l selbst. Der Druckverlauf entlang der mittleren eines solchen Ven tils ist in Abb. 2a dargestellt.
Aus dieser ist ersichtlich, dass die grösste Geschwindigkeit im Ventil im kleinsten Querschnitt in er reicht wird, dem auch der niedrigste Druck im Ventil entspricht.
Durch eine solche Anordnung wird er reicht, dass 1. in dem gekrümmten, zum Durchfluss durch das Ventil nötigen Kanal bis zum kleinsten Querschnitt eine beschleunigte Strö mung erreicht -wird, die hinsichtlich der Verluste für den Durchfluss im allgemeinen die vorteilhafteste ist; in diesen Bereich der sich beschleunigenden Strömung ist auch der Hubspalt des Ventils verlegt;
2. die Umwandlung ,der kinetischen Ener gie - in Druckenergie sich in einem geraden Diffusorkanal mit einem .dauernd unverän derlichen Eintrittsquerschnitt vollzieht, so dass der Diffusor dann vollkommen, ausgebil det werden kann und die Strömung in ihm mit verhältnismässig kleinen DurcÜflussver- lusten verbunden ist.
Die erfindungsgemässe Anordnung gestat tet infolge der relativ kleinen Durchflussver- luste die Wahl ungewöhnlich hoher Ge schwindigkeiten in Ventilen, nicht nur bei Gasen und Dämpfen, sondern auch bei Flüs sigkeiten. Dadurch wird es möglich, baulich kleine Ventile mit kleinem Hub und relativ geringem, Gewicht zu erhalten, die für Ma schinen mit hohen Drehzahlen unerlässlich sind. Die erfindungsgemässe Bauart gestattet also, wirtschaftliche Kolbenmaschinen mit hohen Drehzahlen, besonders Pumpen, Ge bläse und Kompressoren, zu bauen.
Valve with valve inlet nozzle and diffuser. Valves are generally intended to transfer a gas or a liquid from one room of a machine to a second room. dominate. Out. it is for economic reasons. desirable to carry out the transfer of the agent with the lowest possible pressure losses.
Since the flow resistances are always proportional to the square of the flow velocity in question, the resistances grow very considerably as the speed of the machine increases, especially since, with regard to the acceleration forces of the moving parts, very light valves of small dimensions are necessary in these machines to choose what can only be achieved by choosing high speeds in the valve;
If the loss of power, which worsens overall economic efficiency, is not to increase excessively, it is imperative that the flow resistances in the valve are as low as possible.
Various means are known by which the pressure losses in valves can be reduced. The most important of these are the nozzle-like design of the valve inlet and the arrangement of a diffuser behind the valve closure point, i.e. the lift gap. The nozzle-like design of the seat is intended to convert the pressure energy into kinetic energy and the diffuser to convert this kinetic energy into pressure energy.
Valves designed in this way are not completely satisfactory with regard to the smallest flow resistances, namely because a change in the direction of flow in the diffuser channel was not avoided with them. The effect of a diffuser is in fact influenced to a significant extent by the design of the diffuser at the point of highest speed.
With designs that have become known up to now, the smallest cross-section, i.e. the maximum speed in the valve, is always located in its lift gap (Fig.1), where the variable cross-section of the valve is. This forms the smallest, that is, the inlet cross section of the diffuser, and only behind it does the direction of flow change by 90, which is disadvantageous for a diffuser.
Fig. 1a shows the pressure curve along the center line 0-m-2 for such a case. The acceleration of the current takes place on the path 0-m, its deceleration, due to the enlargement of the cross-section, on the path m-2. The fundamental disadvantage of such arrangements is that a conversion of kinetic energy into pressure energy takes place in a channel that is completely unsuitable for the delayed flow,
which results in big losses.
An embodiment of the valve according to the invention. is shown in the accompanying drawing. Fig. 1 is a vertical section of a known valve; FIG. 1a shows a diagram of the associated pressure curve, FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the valve according to the invention, and FIG. 2a is an associated pressure curve diagram. It means:
_ Z = the valve lift, 11l <I> = </I> the lift gap, p = the pressure, Sp = the medium flow line, 4p <I> = </I> the valve pressure loss, pv = the pressure speed.
The diffuser I) itself consists of two parts, an inner and an outer, which are permanently connected to one another in a suitable manner, not shown. The plate valve T is pressed against the valve seat S by the spring F. Both the inlet nozzle and the diffuser are ring-shaped.
The middle streamline is labeled 0-1-7r-m-2. The acceleration of the current, that is, the conversion of the pressure energy into kinetic energy, takes place in the continuously narrowing inlet nozzle on the path 0-1-m; the speed remains unchanged on the flow conduction in - m, the flow is given the prevailing direction of flow before it enters the diffuser.
The delay of the flow, i.e. the conversion of kinetic energy into pressure energy, takes place in a straight diffuser on path m - 2. The greatest speed in the valve is only reached in the cross section 7n behind the lifting gap and not in the lifting gap l itself. The pressure curve along the middle of such a valve is shown in Fig. 2a.
From this it can be seen that the greatest speed in the valve is reached in the smallest cross section, which also corresponds to the lowest pressure in the valve.
Such an arrangement ensures that 1. an accelerated flow is achieved in the curved channel required for flow through the valve down to the smallest cross-section, which flow is generally the most advantageous in terms of flow losses; The lift gap of the valve is also relocated to this area of the accelerating flow;
2. The conversion of the kinetic energy into pressure energy takes place in a straight diffuser channel with a permanently unchangeable inlet cross-section, so that the diffuser can then be fully developed and the flow in it is associated with relatively small throughflow losses .
Due to the relatively small flow losses, the arrangement according to the invention permits the selection of unusually high speeds in valves, not only for gases and vapors, but also for liquids. This makes it possible to obtain structurally small valves with a small stroke and relatively low weight, which are essential for machines with high speeds. The inventive design thus allows economical piston machines with high speeds, especially pumps, Ge blowers and compressors to build.