Die Erfindung betrifft ein Drosselventil für grosse Druckgefälle, mit einem aus durchlässigem Werkstoff bestehenden Drosselkörper.
Bei einem bekannten Ventil dieser Art besteht der Drosselkörper aus einem zylindrischen Kolben, der mit dem Verschlussteil des Ventils verbunden sein kann und der zur Verbesserung der Regelfähigkeit im Bereich kleiner Durchflussmengen mehr oder weniger weit aus einem zylindrischen Führungsteil des Ventilsgehäuses herausziehbar ist, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Durchflussmenge.
Das Drosselventil der eingangs genannten Art soll dagegen für sehr hohe Druckgefälle der Grössenordnung 100 at verwendet werden und beispielsweise in Dampfkraftanlagen als ein Dampftemperatur regelndes Entnahmeventil oder in Anfahrschaltungen von Dampfkraftanlagen als Bypassventil, das einem zwischen zwei Heizflächen eines Dampferzeugers angeordneten Drosselventil parallel geschaltet ist, dienen.
Im Gegensatz zum bekannten Ventil soll der aus durchlässigem Werkstoff bestehende Drosselkörper nicht dazu dienen, bei kleiner Durchflussmenge den Kolbenhub zu strecken, sondern bei grossem Druckgefälle eine Vielzahl kleiner Druckstufen zu schaffen, an denen möglichst keine überkritische Geschwindigkeit auftritt, wobei die Aufgabe vorliegt, das Entstehen von Schwingungen, die zu unzulässiger Lärmentwicklung undloder zur Zermürbung des Werkstoffs führen können, wesentlich zu vermindern oder ganz zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Drosselkörper eine Bohrung aufweist, in der ein den Zutritt des zu drosselnden Mediums einstellender Kolben axial verschiebbar angeordnet ist.
Während beim bekannten Ventil der durchströmte Querschnitt des Drosselkörpers bei variierender Durchflussmenge konstant bleibt und nur die Durchströmtiefe sich ändert, wächst beim erindungsgemässen Drosselventil mit steigender Durchflussmenge der durchströmte Querschnitt des Drosselkörpers. Mit zunehmender Durchflussmenge findet somit die Drosselung an einer steigenden und nicht an einer fallenden Zahl von Drosselstellen statt. Es besteht damit nicht die Gefahr, dass mit grösserem Kolbenhub unzulässige Schwingungen auftreten.
Dadurch, dass das zu drosselnde Medium auf dem kleinen Durchmesser des Kolbens in den Drosselkörper eintritt und auf der grossen äusseren Umfangsfläche des Drosselkörpers austritt und die Strömung des Mediums sich, insbesondere bei kleinem Kolbenhub, auch in axialer Richtung ausbreitet, wird der Vergrösserung des spezifischen Volumens des Mediums Rechnung getragen, mit dem Ziel, besonders an den am Austritt aus dem Drosselkörper liegenden Drosselstellen nur kleine, möglichst unter dem Durchschnitt liegende Strömungsgeschwindigkeiten sicherzustellen. Dar überhinaus ergeben sich für das erfindungsgemässe Ventil eine kompakte Bauform sowie kleine Stellkräfte für den axial verschiebbaren Kolben.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Drosselkörper so geformt, dass bei kleinem Hub des Kolbens die Strömungswege innerhalb des Drosselkörpers länger sind als bei grossem Hub.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch vereinfacht einen Schnitt durch ein Drosselventil nach der Erfindung und
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil eines Ventils mit abgewandeltem Drosselkörper, in grösserem Massstab als in Fig. 1.
Gemäss Fig. 1 ist ein Ventilgehäuse 1 mit einem Zufuhrstutzen 2 und einem Abfuhrstutzen 3 versehen, wobei die beiden Stutzen so angeordnet sind, dass sich ein Z-Form des Ventils ergibt. Das Ventilgehäuse 1 weist an seinem in Fig. 1 oberen Ende eine Bohrung 4 auf, in der ein Kolben 5 axial verschiebbar geführt ist. In der Wand der Bohrung 4 sind nicht dargestellte Dichtelemente angebracht. An seinem in Fig. 1 unteren Ende weist das Ventilgehäuse 1 eine Bohrung 8 auf, in der eine Verschlussplatte 9 angeordnet ist. Die Verschlussplatte ist nach Art eines Autoklavverschlusses mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden. Zu diesem Zwecke ist eine Verschlussschraube 22 mit ihrem Gewinde in einen erweiterten Abschnitt der Bohrung 8 eingeschraubt. Zwischen der Verschlussschraube 22 und der Verschlussplatte 9 ist ein Raum nach Art einer Ringnut vorgesehen, der mit einer Dichtung 21 gefüllt ist.
Mittels einer Schraube 23, die durch ein Loch in der Verschlussschraube 22 hindurchragt und in ein Gewindeloch der Verschlussplatte 9 eingreift, wird die Verschlussplatte 9 gegen die Verschlussschraube 22 gezogen, wobei die Dichtung 21 zusammengedrückt und dabei gegen die Wand der Bohrung 8 gepresst wird.
Zwischen dem Zufuhrstutzen 2 und dem Abfuhrstutzen 3 ist im Gehäuse 1 ein Ventilsitzkörper 7 vorgesehen, der an seinem in Fig. 1 unteren Ende eine Ringschulter 18 aufweist, über die der Ventilsitzkörper mit einer benachbarten, im Gehäuse 1 vorgesehenen Ringschulter verschweisst ist. Oberhalb des Ventilsitzkörpers 7 ist im Ventilgehäuse 1 ein Drosselkörper 13 angeordnet, der rotationssymmetrische Form und eine koaxiale Bohrung 16 aufweist. In dieser Bohrung 16 ist der Kolben 5, der nahe seinem unteren Ende zwei Kolbenringe 10 trägt, axial verschiebbar und gibt je nach seiner Stellung einen mehr oder weniger grossen Bereich des Drosselkörpers für den Durchfluss des zu drosselnden Mediums frei.
Der Ventilsitzkörper 7 ist mit einem sich in Strömungsrichtung des Mediums verengenden Durchlass 14 versehen, der an seinem in Fig. 1 oberen Ende in eine sich konisch erweiternde Sitzfläche 15 übergeht, die mit einer entsprechend geformten Sitzfläche am unteren Ende des Kolbens 5 zusammenwirkt.
Der Kolben 5 dient also auch als Verschlussteil für das Ventil.
Die in Fig. 1 untere Stirnfläche 12 des Drosselkörpers 13 ist kegelförmig ausgebildet und der Drosselkörper liegt mit dieser Stirnfläche an der entsprechend ausgebildeten Fläche des Ventilsitzkörpers 7 an. Der Kegel der Stirnfläche 12 erweitert sich in Richtung des grösser werdenden Kolbenhubes.
Durch die kegelförmige Gestaltung der Stirnfläche 12 wird erreicht, dass bei kleinem Kolbenhub die mittlere Länge der Drosselwege im Drosselkörper 13 grösser ist als bei gross eingestelltem Kolbenhub.
Der Drosselkörper 13 besteht zum Beispiel aus durch Sintern miteinander verbundenen Stahlkugeln, zwischen denen also zahlreiche enge Drosselstellen und sich erweiternde Räume in Serie geschaltet sind.
In Strömungsrichtung des zu drosselnden Mediums ist dem Ventilsitzkörper 7 ein Filter 6 vorgeschaltet, der aus Sinterwerkstoff besteht, der jedoch kleinere Porenweite als der Drosselkörper 13 aufweist. Das Filter 6 liegt mit seinen Stirnflächen an Ringen 27 und 28 an, die in entsprechenden Eindrehungen im Ventilsitzkörper 7 bzw. in der Verschlussplatte 9 gehalten sind. Als zusätzliches Filter für magnetisierbare Teilchen ist innerhalb des Ringes 28 ein Permanentmagnet 20 vorgesehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist nicht nur die untere Stirnfläche 34 des Drosselkörpers 33 kegelförmig ausgebildet, sondern auch seine Mantelfläche 36. Darüberhinaus ist die Homogenität des Drosselkörpers 33 in axialer Richtung unterschiedlich. Dies wurde dadurch erreicht, dass die Kugeln vor dem Sintern axial in ein Gesenk hineingepresst wurden, dessen Hohlraum der Mantelfläche 36 angepasst ist.
Durch die Reibung der Kugeln an der Kegelwand des Gesenks wurde der Pressdruck gegen die obere Stirnfläche 37 des Drosselkörpers hin abgebaut, was bewirkt, dass die Zwischenräume zwischen den Kugeln im Bereich der kegeligen Stirnfläche 34 kleiner sind als im Bereich der Stirnfläche 37.
Auch in radialer Richtung des Drosselkörpers 34 ergeben sich Unterschiede in der Packungsdichte der Kugeln, indem die Querschnitte der Drosselkanäle mit grösser werdendem Abstand von der Achse zunehmen. Durch die unterschiedliche Packungsdichte wird dem auf dem Wege durch den Drosselkörper stark zunehmenden spezifischen Volumen des Mediums zusätzlich Rechnung getragen, mit dem Ziel, die Strömungsgeschwindigkeiten an den in Serie geschalteten Drosselstellen zu vergleichmässigen.
Das Ventil nach Fig. 2 ist besonders vorteilhaft als Bypassventil zu einem zwischen zwei Heizflächen eines Dampferzeugers angeordneten Drosselventil zu verwenden. Bei einem solchen Bypassventil wird bei zunächst geschlossenem Drosselventil eine verhältnismässig kleine Druchflussmenge über eine sehr grosse Druckdifferenz gedrosselt, die dann im weiteren Verlauf des Verfahrens mit zunehmender Durchflussmenge kleiner wird. Dies bedeutet, dass mit grösser werdendem Kolbenhub das durch den Drosselkörper 33 strömende Medium kürzere Strömungswege im Drosselkörper passieren kann, wodurch man mit einem geringeren Kolbenhub auskommt.
Anstatt aus zusammengesinterten Stahlkugeln kann der Drosselkörper auch aus zusammengesinterten oder anderweitig miteinander verbundenen Metallteilchen anderer Form oder auch aus keramischen Teilchen bestehen.