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.
The invention relates to a throttle valve for large pressure gradients, with a throttle body made of a permeable material.
In a known valve of this type, the throttle body consists of a cylindrical piston which can be connected to the closure part of the valve and which can be pulled out to a greater or lesser extent from a cylindrical guide part of the valve housing in order to improve the controllability in the area of small flow rates, depending on of the desired flow rate.
The throttle valve of the type mentioned, on the other hand, should be used for very high pressure gradients of the order of magnitude 100 at and serve, for example, in steam power plants as a steam temperature regulating extraction valve or in start-up circuits of steam power plants as a bypass valve which is connected in parallel to a throttle valve arranged between two heating surfaces of a steam generator.
In contrast to the known valve, the throttle body made of permeable material should not be used to stretch the piston stroke when there is a small flow rate, but rather to create a large number of small pressure levels when there is a large pressure gradient, at which there is as little supercritical speed as possible, whereby the task is to create to significantly reduce or completely avoid vibrations that can lead to impermissible noise development and / or wear down the material.
According to the invention, this object is achieved in that the throttle body has a bore in which a piston, which adjusts the entry of the medium to be throttled, is arranged axially displaceably.
While in the known valve the flow cross section of the throttle body remains constant with a varying flow rate and only the flow depth changes, in the throttle valve according to the invention the flow cross section of the throttle body increases as the flow rate increases. With an increasing flow rate, the throttling takes place at a rising and not at a falling number of throttling points. There is therefore no risk of impermissible vibrations occurring with a larger piston stroke.
The fact that the medium to be throttled enters the throttle body on the small diameter of the piston and exits on the large outer circumferential surface of the throttle body and the flow of the medium also spreads in the axial direction, especially with a small piston stroke, increases the specific volume of the medium is taken into account, with the aim of ensuring only small flow velocities, if possible below average, particularly at the throttle points located at the outlet from the throttle body. In addition, the valve according to the invention has a compact design and small actuating forces for the axially displaceable piston.
According to an advantageous embodiment of the invention, the throttle body is shaped in such a way that with a small stroke of the piston the flow paths within the throttle body are longer than with a large stroke.
Two exemplary embodiments of the invention are explained in the following description with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 schematically simplified a section through a throttle valve according to the invention and
FIG. 2 shows a section through part of a valve with a modified throttle body, on a larger scale than in FIG. 1.
According to FIG. 1, a valve housing 1 is provided with a supply connector 2 and a discharge connector 3, the two connectors being arranged in such a way that the valve has a Z-shape. At its upper end in FIG. 1, the valve housing 1 has a bore 4 in which a piston 5 is guided so as to be axially displaceable. In the wall of the bore 4, sealing elements, not shown, are attached. At its lower end in FIG. 1, the valve housing 1 has a bore 8 in which a closure plate 9 is arranged. The closure plate is connected to the valve housing 1 in the manner of an autoclave closure. For this purpose, a screw plug 22 is screwed with its thread into an enlarged section of the bore 8. A space in the manner of an annular groove, which is filled with a seal 21, is provided between the locking screw 22 and the locking plate 9.
By means of a screw 23, which protrudes through a hole in the screw plug 22 and engages in a threaded hole in the closure plate 9, the closure plate 9 is pulled against the closure screw 22, the seal 21 being compressed and thereby pressed against the wall of the bore 8.
Between the supply port 2 and the discharge port 3, a valve seat body 7 is provided in the housing 1, which has an annular shoulder 18 at its lower end in FIG. 1, via which the valve seat body is welded to an adjacent annular shoulder provided in the housing 1. A throttle body 13, which has a rotationally symmetrical shape and a coaxial bore 16, is arranged in the valve housing 1 above the valve seat body 7. In this bore 16, the piston 5, which carries two piston rings 10 near its lower end, is axially displaceable and, depending on its position, releases a more or less large area of the throttle body for the flow of the medium to be throttled.
The valve seat body 7 is provided with a passage 14 which narrows in the direction of flow of the medium and which merges at its upper end in FIG. 1 into a conically widening seat surface 15 which cooperates with a correspondingly shaped seat surface at the lower end of the piston 5.
The piston 5 thus also serves as a closure part for the valve.
The lower end face 12 of the throttle body 13 in FIG. 1 is conical and the throttle body rests with this end face on the correspondingly designed surface of the valve seat body 7. The cone of the end face 12 widens in the direction of the increasing piston stroke.
The conical design of the end face 12 means that when the piston stroke is small, the mean length of the throttle paths in the throttle body 13 is greater than when the piston stroke is set to be large.
The throttle body 13 consists for example of steel balls connected to one another by sintering, between which numerous narrow throttle points and widening spaces are connected in series.
In the flow direction of the medium to be throttled, a filter 6 is connected upstream of the valve seat body 7, which filter consists of sintered material but which has a smaller pore size than the throttle body 13. The filter 6 rests with its end faces on rings 27 and 28 which are held in corresponding recesses in the valve seat body 7 or in the closure plate 9. A permanent magnet 20 is provided within the ring 28 as an additional filter for magnetizable particles.
In the embodiment according to FIG. 2, not only the lower end face 34 of the throttle body 33 is conical, but also its outer surface 36. In addition, the homogeneity of the throttle body 33 is different in the axial direction. This was achieved in that the balls were pressed axially into a die before sintering, the cavity of which is adapted to the lateral surface 36.
Due to the friction of the balls on the conical wall of the die, the pressure against the upper end face 37 of the throttle body was reduced, which means that the spaces between the balls in the area of the conical end face 34 are smaller than in the area of the end face 37.
There are also differences in the packing density of the balls in the radial direction of the throttle body 34, in that the cross sections of the throttle channels increase as the distance from the axis increases. Due to the different packing density, the specific volume of the medium, which increases sharply on the way through the throttle body, is also taken into account, with the aim of equalizing the flow speeds at the throttle points connected in series.
The valve according to FIG. 2 is particularly advantageous to use as a bypass valve to a throttle valve arranged between two heating surfaces of a steam generator. With such a bypass valve, when the throttle valve is initially closed, a relatively small flow rate is throttled over a very large pressure difference, which then becomes smaller as the process proceeds as the flow rate increases. This means that as the piston stroke increases, the medium flowing through the throttle body 33 can pass shorter flow paths in the throttle body, which means that a smaller piston stroke is sufficient.
Instead of steel balls sintered together, the throttle body can also consist of metal particles of a different shape sintered together or otherwise connected to one another, or of ceramic particles.