CH656690A5

CH656690A5 - VALVE FOR QUIET CONTROLLING THE FLOW OF A FLUID.

Info

Publication number: CH656690A5
Application number: CH6166/81A
Authority: CH
Inventors: Donald Harry Davis; Jens-Jensen Kure; Iii Solomon Jenkins
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1980-09-30
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1986-07-15
Also published as: IT8124082A0; DE3138459A1; JPS5786664A; IT1139473B

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum geräuscharmen Steuern der Strömung eines Fluids, enthaltend ein druckfestes Ventilgehäuse mit einem Einlass- und einem Auslasskanal, einen im Ventilgehäuse und zwischen dem Einlass- und dem Auslasskanal angeordneten Ventilsitz, ein zylindrisches Ventilverschlussstück, das zum Steuern der Strömung des Fluids zwischen dem Einlass- und dem Auslasskanal gegen den Ventilsitz bewegbar ist und mit dem Ventilsitz einen Kontaktbereich bestimmt, und einen zum Aufteilen der Strömung des Fluids in eine Vielzahl Teilströmungen vorgesehen, mit Schlitzen versehenen Strömungsteiler, der dem Kontaktbereich unmittelbar benachbart angeordnet ist. Derartige Ventile sind insbesondere in Dampfturbinenanlagen brauchbar. The invention relates to a valve for low-noise control of the flow of a fluid, comprising a pressure-resistant valve housing with an inlet and an outlet channel, a valve seat arranged in the valve housing and between the inlet and the outlet channel, a cylindrical valve closure piece which is used to control the flow of the fluid is movable between the inlet and the outlet channel against the valve seat and defines a contact area with the valve seat, and a slotted flow divider is provided for dividing the flow of the fluid into a plurality of partial flows and is arranged directly adjacent to the contact area. Valves of this type are particularly useful in steam turbine plants.

Eine wichtige Vorrichtung, bei der Ventile benutzt werden, ist die Dampfturbine, insbesondere diejenigen, die von Stromversorgungsunternehmen zum Erzeugen von elektrischer Energie benutzt werden. Bei diesen Turbinen werden vorzugsweise Stell- oder Steuerventile verwendet. Diese Ventile und andere, die eine gleiche Funktion haben, sind dafür vorgesehen, nicht nur in einer geöffneten oder in einer geschlossenen Stellung, sondern auch in Zwischenstellungen zu arbeiten. Der Begriff, der zum Beschreiben des Öffnungsoder Schliessgrades eines Ventils verwendet wird, ist der «Ventilhub». Bei geringem Hub ist das Ventil nur teilweise offen, aber bei grösseren Hüben ist das Ventil im wesentlichen vollständig offen. Die Funktion von Steuerventilen in Dampfturbogeneratoranlagen macht es äusserst erwünscht, dass ein geringer Dampfdruckabfall an dem Ventil bei grossen Ventilhüben auftritt. Andererseits ist das Geräusch in Ventilen im allgemeinen bei geringen Ventilhüben vorherrschend; die Geräuschprobleme beschränken sich jedoch nicht auf Zustände geringen Ventilhubes. An important device using valves is the steam turbine, particularly those used by power companies to generate electrical energy. Control or control valves are preferably used in these turbines. These valves and others, which have the same function, are intended to work not only in an open or in a closed position, but also in intermediate positions. The term used to describe the degree of opening or closing of a valve is the «valve lift». With a small stroke, the valve is only partially open, but with larger strokes, the valve is essentially completely open. The function of control valves in steam turbine generator systems makes it extremely desirable that a small steam pressure drop occur at the valve during large valve strokes. On the other hand, valve noise is generally predominant at low valve lifts; however, the noise problems are not limited to states of low valve lift.

Die meisten Ventile haben im allgemeinen ein Ventilgehäuse, das aus einem Werkstoff besteht, der in der Lage ist, die Temperaturen, Drücke und Angriffe durch Erosion und Korrosion bei dem vorgesehenen Verwendungszweck auszuhalten. Dieses Ventilgehäuse hat im allgemeinen einen Einlasskanal und einen Auslasskanal. Ausserdem ist innerhalb des Ventilgehäuses im allgemeinen ein Ventilsitz angeordnet, auf den ein Ventil verschlussstück aufgesetzt werden kann, um dadurch die Strömung von unter Druck stehendem Fluid, die in dem Einlasskanal vorhanden ist, abzusperren. Das kann beispielsweise erreicht werden, indem eine Kraft auf den äusseren Schaftteil des Ventilverschlussstücks ausgeübt wird. Auf dem Dampfturbinengebiet ist es bekannt, dass diese Kraft im allgemeinen mit Hilfe von elektrohydraulischen Stellantrieben ausgeübt wird. Most valves generally have a valve body made of a material that is capable of withstanding the temperatures, pressures, and erosion and corrosion attacks for the intended use. This valve housing generally has an inlet channel and an outlet channel. In addition, a valve seat is generally arranged within the valve housing, on which a valve closure piece can be placed, in order to thereby shut off the flow of pressurized fluid that is present in the inlet channel. This can be achieved, for example, by exerting a force on the outer shaft part of the valve closure piece. It is known in the steam turbine field that this force is generally exerted with the aid of electrohydraulic actuators.

Eines der Probleme, das bei verschiedenen Ventilkonstruktionen auftreten kann, ist die Erzeugung von Geräusch und Vibration. Turbinensteuerventile sind für diese Probleme besonders empfänglich, insbesondere bei Anfangswerten des Ventilhubes, während welchen der Druckabfall an dem Ventil gross ist. Nicht nur das Geräusch ist für die in der Umgebung arbeitenden Menschen unerwünscht, es kann darüber hinaus auch Frequenzkomponenten des Geräusches und der Vibration geben, die nahe bei den Resonanzfrequenzen von gewissen Maschinenelementen, wie beispielsweise Rohrleitungskonstruktionen, liegen können, insbesondere bei niedrigen Frequenzen. Andererseits sind Geräusch und Vibration relativ hoher Frequenz ein weniger bedeutsames mechanisches Problem, sie können aber hohe Geräuschpegel in der Arbeitsumgebung verursachen. Einiges hochfrequente Geräusch kann zwar in einem Arbeitsbereich unerwünscht sein, es trifft jedoch auch zu, dass das menschliche Ohr für Schall weniger und weniger empfindlich ist, wenn die Frequenz zunimmt. Tatsächlich fällt die Hörempfindlichkeit mit zunehmender Frequenz ab, so dass Vorrichtungen, die eine ausreichende Verschiebung des Frequenzspektrums des Geräusches nach oben bewirken, sehr erwünschte Vorteile bieten. Solche Vorrichtungen verringern das scheinbare Geräusch, insbesondere gemessen auf der dBA-Skala. One of the problems that can occur with various valve designs is the generation of noise and vibration. Turbine control valves are particularly susceptible to these problems, particularly at initial valve lift values during which the pressure drop across the valve is large. Not only is the noise undesirable for people working in the area, there may also be frequency components of the noise and vibration that may be close to the resonant frequencies of certain machine elements, such as piping designs, especially at low frequencies. On the other hand, relatively high frequency noise and vibration are a less significant mechanical problem, but they can cause high levels of noise in the work environment. While some high frequency noise may be undesirable in a work area, it is also true that the human ear is less and less sensitive to sound as the frequency increases. In fact, hearing sensitivity decreases with increasing frequency, so devices that cause a sufficient shift in the frequency spectrum of the noise upwards offer very desirable advantages. Such devices reduce the apparent noise, especially as measured on the dBA scale.

Eine Anzahl von Patentschriften, die sich auf Ventilkonstruktionen und insbesondere auf Ventilkonstruktionen mit Merkmalen zur Geräuschunterdrückung beziehen, sind die US-PSen 3 451 404, 3 602 261, 3 665 964, 3 704 726,3 773 085 und 4 066 100. Bei vielen dieser vorgenannten Patentschriften A number of patents relating to valve designs, and particularly valve designs having noise cancellation features, are U.S. Patents 3,451,404, 3,602,261, 3,665,964, 3,704,726,3773,085 and 4,066,100. Many these aforementioned patents

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

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3 3rd

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werden kreisförmige Löcher in der einen oder anderen Konfiguration benutzt, um eine Bypassfluidströmung zu bewirken, die den Hauptströmungsweg an dem Ventilverschlussstück und dem Ventilsitz vorbei zu dem Auslasskanal vermeidet. Trotzdem sind diese Löcher in einem gewissen Abstand von dem Ventilsitz angeordnet. Diesen Konstruktionen fehlt es am vollen Ausmass eines kontinuierlichen Betriebes. Darüberhinaus kann ein grösserer Wert an turbulenter Strömung als erwünscht in den aus den oben erwähnten Patentschriften bekannten Ventilkonstruktionen auftreten. Ausserdem scheint sich keine der vorgenannten Patentschriften mit der Erwünschtheit zu befassen, das Spektrum des Geräusches zu dem Hochfrequenzbereich hin zu verschieben, so dass die Werte von unerwünschter Vibration in den verschiedenen Bestandteilen verringert werden, die mit dem Ventil an dessen Einlasskanal, an dessen Auslasskanal und ausserdem an dem Anschluss des Ventils an die Betätigungsvorrichtung verbunden sind. Ähnliche Ideen sind trotzdem zur Verringerung des scheinbaren Geräusches in verschiedenen Konstruktionen für Flugzeugstrahltriebwerke entwickelt worden. circular holes are used in one configuration or another to effect a bypass fluid flow that avoids the main flow path past the valve plug and valve seat to the exhaust port. Nevertheless, these holes are spaced from the valve seat. These constructions lack the full extent of a continuous operation. In addition, a greater amount of turbulent flow than desired may occur in the valve designs known from the above-mentioned patents. In addition, none of the aforementioned patents appear to be concerned with the desirability of shifting the spectrum of the noise toward the high frequency range, so that the levels of undesirable vibration in the various components associated with the valve on its inlet duct, outlet duct and are also connected to the connection of the valve to the actuating device. Similar ideas have nevertheless been developed to reduce the apparent noise in various designs for aircraft jet engines.

Aufgabe der Erfindung ist es darum, ein Ventil zu schaffen, das ermöglicht, die Strömung eines unter Druck stehenden Fluids, insbesondere von Dampf, kontinuierlich und geräuschlos bzw. geräuscharm zu steuern. The object of the invention is therefore to provide a valve which enables the flow of a pressurized fluid, in particular steam, to be controlled continuously and silently or quietly.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Ventil gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zum Verringern des von der Strömung des Fluids bewirkten Geräuschs durch einen gleichmässigen Übergang von einer teilweise begrenzten Strömung des Fluids bei kleinem Ventilhub zu einer praktisch unbehinderten Strömung des Fluids bei grösserem Ventilhub der Strömungsquerschnitt des geschlitzten Strömungsteilers mit zunehmendem Abstand vom Ventilsitz grösser wird. According to the invention, this object is achieved with a valve which is characterized in that in order to reduce the noise caused by the flow of the fluid through a smooth transition from a partially limited flow of the fluid with a small valve lift to a practically unimpeded flow of the fluid with a larger valve lift Flow cross section of the slotted flow divider becomes larger with increasing distance from the valve seat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsteiler als geschlitzte, ringförmige Vorrichtung ausgebildet, die am Ventilsitz befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet ist und durch die das Ventilverschlussstück beim Schliessen des Ventils verschoben wird. Bei einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der ringförmige Strömungsteiler ausreichend weit in der axialen Richtung, so dass das Ventilverschlussstück wenigstens teilweise innerhalb des Strömungsteilers angeordnet ist, selbst wenn das Ventil vollständig geöffnet ist. In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsteiler am stromabwärti-gen Ende des Ventilverschlussstücks befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet. In a preferred embodiment of the invention, the flow divider is designed as a slotted, ring-shaped device which is attached to the valve seat or is formed in one piece therewith and through which the valve closure piece is displaced when the valve closes. In a further embodiment, the annular flow divider extends sufficiently far in the axial direction that the valve closure piece is at least partially arranged within the flow divider, even when the valve is fully open. In yet another embodiment of the invention, the flow divider is attached to the downstream end of the valve closure piece or is formed in one piece with it.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 den Teillängsschnitt einer Ausführungsform der Erfindung im geschlossenen Zustand, 1 shows the partial longitudinal section of an embodiment of the invention in the closed state,

Fig. 2 den Querschnitt durch das Ventil gemäss der Fig. 1 längs der Linie 2-2, die Fig. 3a und 3b Seitenansichten der bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 verwendeten Schlitze, wobei unterschiedliche Schlitzgeometrien dargestellt sind, 2 shows the cross section through the valve according to FIG. 1 along the line 2-2, FIGS. 3a and 3b are side views of the slots used in the embodiment according to FIG. 1, different slot geometries being shown,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und 4 shows a longitudinal section through part of a further embodiment of the invention, and

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Teil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 5 shows a longitudinal section through part of a further embodiment of the invention.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Sie zeigt insbesondere ein Ventilgehäuse 10 mit einem Einlasskanal 22 und einem Auslasskanal 24. Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein Ventilsitz 12 angeordnet. Die Fluidströmung von dem Einlass zu dem Auslass wird durch ein Ventilverschlussstück 14 gesteuert, das gegen den Ventilsitz 12 bewegbar ist, so dass es die Fluidströmung unterbricht. Das in Fig. 1 dargestellte Ventil ist in der geschlossenen Stellung gezeigt. Das Ventilgehäuse 10 hat ausserdem eine Kammer 30, die das Ventilverschlussstück 14 wenigstens teilweise umgibt. Das Ventilver-schlussstück 14 ist insgesamt ein ringförmiges Gebilde, das in axialer Richtung bewegbar ist, beispielsweise durch eine elek-trohydraulische Betätigungsvorrichtung. Das Ventilverschlussstück 14 ist so bemessen, dass es mit dem Ventilsitz 12 richtig zusammenpasst und richtig auf den Ventilsitz passt. Eine Büchse 20 ist sowohl als Führung für ein Vorsteuerven-tilverschlussstück 16 als auch als ein Dichtungsteil vorgesehen. Ebenso dient eine Hülse 18 als eine Führung und eine Dichtung für das Ventilverschlussstück 14. Das besondere Ventil, das hier dargestellt ist, enthält ausserdem Ausgleichskammern 32, 34 und ein zugeordnetes Vorsteuerventilver-schlussstück 16, die das Öffnen des Ventils gegen den hohen Fluiddruck, der in der Kammer 30 vorhanden ist, erleichtern. 1 shows an embodiment of the invention. In particular, it shows a valve housing 10 with an inlet channel 22 and an outlet channel 24. A valve seat 12 is arranged within the housing 10. The fluid flow from the inlet to the outlet is controlled by a valve closure piece 14 which is movable against the valve seat 12 so that it interrupts the fluid flow. The valve shown in Fig. 1 is shown in the closed position. The valve housing 10 also has a chamber 30 which at least partially surrounds the valve closure piece 14. The valve closure piece 14 is an overall ring-shaped structure that can be moved in the axial direction, for example by an electro-hydraulic actuating device. The valve closure piece 14 is dimensioned such that it fits correctly with the valve seat 12 and fits correctly on the valve seat. A sleeve 20 is provided both as a guide for a pilot valve closure piece 16 and as a sealing part. Likewise, a sleeve 18 serves as a guide and a seal for the valve closure piece 14. The special valve which is shown here also contains compensation chambers 32, 34 and an associated pilot valve closure piece 16 which prevent the valve from opening against the high fluid pressure which is present in the chamber 30, facilitate.

Das Vorhandensein der Ausgleichskammern ist zwar nicht Teil der Erfindung, trotzdem kann ihr Vorhandensein bei einigen Verwendungszwecken erwünscht sein. Demge-mäss wird die Arbeitsweise des Ausgleichskammersystems nun kurz beschrieben. Wegen des Spalts zwischen der Hülse 18 und der äusseren zylindrischen Wand des Ventilver-schlussstücks 14 ist ein gewisses Ausmass an Druckströmung darin zwischen der Hauptkammer 30 und dem oberen Ende der Ausgleichskammer 32 vorhanden. Der Druck und der Durchsatz in den Kammern werden durch zweckmässiges Bemessen und durch Ringnuten 26 in der Hülse 18 gesteuert. Die Grösse und der Abstand dieser Nuten 26 bestimmt die Geschwindigkeit des Einströmens in die untere Ausgleichskammer 34 und in Verbindung mit dem Vorsteuerventilver-schlussstück 16 den Druck. Wenn das Vorsteuerventilver-schlussstück 16 angehoben wird, setzt eine Strömung von unter Druck stehendem Fluid ein, die aus dem Vorsteuerven-tilauslasskanal 36 aus- und in den Hauptauslasskanal 24 eintritt. Der Druck in den Kammern 34 und 32 wird somit nahezu auf den Wert des Druckes im Auslasskanal 24 verringert, unmittelbar bevor das Ventilverschlussstück 14 vom Ventilsitz 12 wegbewegt wird. Diese Druckverringerung macht es beträchtlich einfacher, das Ventil zu öffnen, insbesondere gegen den hohen Druck, der in der Kammer 30 vorhanden sein kann. Although the presence of the equalizing chambers is not part of the invention, their presence may be desirable for some uses. Accordingly, the operation of the compensation chamber system will now be briefly described. Because of the gap between the sleeve 18 and the outer cylindrical wall of the valve plug 14, there is a certain amount of pressure flow therein between the main chamber 30 and the upper end of the equalizing chamber 32. The pressure and the throughput in the chambers are controlled by appropriate dimensioning and by annular grooves 26 in the sleeve 18. The size and the spacing of these grooves 26 determine the speed of the inflow into the lower compensation chamber 34 and, in connection with the pilot valve closing piece 16, the pressure. When the pilot valve spool 16 is raised, a flow of pressurized fluid begins that exits the pilot valve outlet passage 36 and enters the main outlet passage 24. The pressure in the chambers 34 and 32 is thus reduced almost to the value of the pressure in the outlet channel 24 immediately before the valve closure piece 14 is moved away from the valve seat 12. This reduction in pressure makes it considerably easier to open the valve, particularly against the high pressure that can be present in chamber 30.

Das Merkmal des dargestellten Ventils, das dieses sowohl bei der Geräuschverminderung als auch bei der Strömungssteuerung besonders wirksam macht, ist ein Strömungsteiler 40, der mit Schlitzen 42 versehen ist. Die hier und in den Patentansprüchen verwendeten Begriffe «Schlitze» oder «geschlitzt» beziehen sich auf eine als offene Kanäle, das heisst im Querschnitt U-förmig ausgebildete Konstruktion. Die tatsächliche Form der Kanal- oder U-Querschnitte ist unkritisch, und die hier beschriebene Erfindung umfasst nicht nur Schlitze mit einem sägezahnförmigen oder spitz zulaufenden Querschnitt, sondern auch die herkömmlichere rechtek-kige oder trapezförmige Schlitzquerschnittsform. Darüber hinaus bezieht sich der Ausdruck «Schlitze» oder «geschlitzt» auch auf geschlossene Kanäle. Das Verhältnis von Breite zu Länge wird sich bei diesen Kanälen gemäss den Ventildurchfluss-, Druckverhältnis- und Huberfordernissen ändern. Solche Schlitze zeigen Durchflusseigenschaften, die denen von offenen Schlitzen gleichen. Der Strömungsteiler 40 ist vorzugsweise als ringförmiges geschlitztes Teil ausgebildet, durch das wenigstens ein Teil des Ventilverschlussstücks 14 hindurchgeht. Der Spalt 44 zwischen dem Ventilverschlussstück 14 und dem ringförmigen Strömungsteiler 40 wird sorgfältig kontrolliert und ist typischerweise nur einige tausendstel Millimeter breit. Der Spalt 44 ist für die richtige Arbeitsweise des Ventils nach der Erfindung wichtig. Sobald das Ventilverschlussstück 14 geöffnet wird, auch wenn es nur geringfügig geöffnet wird, kommt es zu einer Strömung von unter Druck stehendem Fluid nicht nur durch die Schlitze 42, sondern auch längs des Spalts 44. Wenn das Ventilver5 The feature of the valve shown that makes it particularly effective both in noise reduction and in flow control is a flow divider 40 that is provided with slots 42. The terms “slots” or “slotted” used here and in the claims relate to an open channel, that is to say a construction which is U-shaped in cross section. The actual shape of the channel or U cross-section is not critical, and the invention described here includes not only slots with a sawtooth or tapered cross-section, but also the more conventional rectangular or trapezoidal slot cross-sectional shape. In addition, the term “slots” or “slotted” also refers to closed channels. The ratio of width to length for these channels will change according to valve flow, pressure ratio and stroke requirements. Such slits show flow properties that are similar to those of open slits. The flow divider 40 is preferably designed as an annular slotted part through which at least part of the valve closure piece 14 passes. The gap 44 between the valve plug 14 and the annular flow divider 40 is carefully controlled and is typically only a few thousandths of a millimeter wide. The gap 44 is important for the correct operation of the valve according to the invention. As soon as the valve closure piece 14 is opened, even if it is opened only slightly, there is a flow of pressurized fluid not only through the slots 42 but also along the gap 44

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

J0 J0

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40 40

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50 50

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656 690 656 690

schlussstück 14 in Richtung seiner zentralen Zylinderachse weiter zurückgezogen wird, kommt es zu einer immer stärkeren Fluidströmung durch die Schlitze 42. Die Verwendung von Schlitzen statt der Löcher, wie sie in einigen der eingangs erwähnten Patentschriften beschrieben sind, bietet beträchtliche Vorteile, weil die Strömung von im Druck verringerten Fluid gleichmässiger ist, wenn sie aufgrund des Durchgangs neben dem Ventilsitz unterteilt wird. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, dass eine Fluiddurchströmung sämtlicher Schlitze auftritt, sobald das Ventil geöffnet wird. Während dieses Teils der Ventilverschlussstückbewegung tritt der höchste Druckabfall in dem strömenden Fluid auf. Das ist im allgemeinen die kritischste Stufe des Ventilhubs hinsichtlich der Geräuscherzeugung. Bei dem Ventil nach der Erfindung gewährleisten der Aufbau und die Lage des Strömungsteilers eine sofortige Strömungsteilung, sobald irgendein Ventilhub auftritt. Dadurch werden die Pegel des erzeugten Geräusches und der erzeugten Vibration beträchtlich verringert, wodurch der wirtschaftliche Aufbau von Einrichtungen erleichtert wird, die an dem Ventil befestigt sind. Darüber hinaus ist die Fluidströmung nun kontinuierlich veränderlich, selbst bei sehr geringen Ventilverschlussstückhubwerten. Ausserdem hat jedes Geräusch, das erzeugt werden kann, im allgemeinen eine relativ hohe Frequenzkomponente und -Verteilung. Es wird nicht nur das Geräusch verringert, sondern für den überwiegenden Teil wird das Geräusch, das erzeugt werden kann, nichtsdestoweniger in einem Teil des Schallfrequenzspektrums erzeugt, der viel tolerierbarer ist. When the fitting 14 is retracted further towards its central cylinder axis, there is an ever increasing fluid flow through the slots 42. The use of slots instead of the holes, as described in some of the patents mentioned at the beginning, offers considerable advantages because the flow of reduced pressure fluid is more uniform if it is divided due to the passage next to the valve seat. An important feature of the invention is that fluid flow through all slots occurs as soon as the valve is opened. During this part of the valve plug movement, the greatest pressure drop occurs in the flowing fluid. This is generally the most critical level of valve lift in terms of noise generation. In the valve according to the invention, the structure and the position of the flow divider ensure an immediate flow division as soon as any valve lift occurs. This significantly reduces the levels of noise and vibration generated, thereby facilitating the economical construction of devices attached to the valve. In addition, the fluid flow is now continuously variable, even with very low valve plug stroke values. In addition, any noise that can be generated generally has a relatively high frequency component and distribution. Not only is the noise reduced, but for the most part the noise that can be generated is nevertheless generated in a part of the sound frequency spectrum that is much more tolerable.

Fig. 2 veranschaulicht insbesondere einen geschlitzten Strömungsteiler nach der Erfindung. Sie zeigt einen ringförmigen Strömungsteiler 40 mit Schlitzen 42. Der ringförmige Strömungsteiler ist von dem Ventilverschlussstück 14 durch einen definierten Spalt 44 getrennt. In der Mitte der Zeichnung ist der Auslasskanal 36 zu sehen. Selbstverständlich ist bei solchen Konstruktionen, bei denen keine Ausgleichskammern vorgesehen sind, kein Auslasskanal 36 erforderlich. Darüber hinaus ist in Fig. 2 zu erkennen, dass Schlitze 42 dargestellt sind, die einen trapezförmigen Querschnitt haben. Diese Tatsache ist demgemäss in der Zeichnung angegeben. Beispielsweise können bei einem 203 mm (eight-inch) Dampf-turbinenbypassventil ungefähr 30 solche Schlitze benutzt werden, um die Geräusch- und Vibrationswerte wirksam zu steuern, die bei dem Durchtritt von Hochdruckdampf zwischen dem Ventilverschlussstück und dem Ventilsitz auftreten. Bei einem solchen Ventil kann der schmale, tiefere Teil des trapezförmigen Querschnittes eine Abmessung von ungefähr 6.35 mm (one-quarter inch) haben, und die Schlitze können eine Höhe von ungefähr 20,32 mm (eight-tenths of an inch) haben, wobei der breiteste Teil des Trapezes eine Abmessung von ungefähr 12,7 mm (one-half inch) hat. Solche Abmessungen ergeben an den Seitenwänden des Trapezquerschnittes eine Steigerung von ungefähr 10c. Fig. 3a zeigt die Trapezform des Schlitzquerschnittes. Ausserdem zeigt Fig. 3b einen weiteren möglichen Schlitzquerschnitt, durch den eine gleichmässigere Durchströmung der Schlitze gefördert wird. Weitere Schlitzformen können benutzt werden, um besondere Strömungshubkennlinien zu erzielen, wie im folgenden beschrieben. Fig. 2 particularly illustrates a slotted flow divider according to the invention. It shows an annular flow divider 40 with slots 42. The annular flow divider is separated from the valve closure piece 14 by a defined gap 44. The outlet duct 36 can be seen in the middle of the drawing. Of course, no outlet channel 36 is required in such constructions in which no compensation chambers are provided. In addition, it can be seen in FIG. 2 that slots 42 are shown which have a trapezoidal cross section. This fact is accordingly indicated in the drawing. For example, in a 203 mm (eight-inch) steam turbine bypass valve, approximately 30 such slots can be used to effectively control the noise and vibration levels that occur when high pressure steam passes between the valve plug and valve seat. With such a valve, the narrow, deeper portion of the trapezoidal cross-section may be approximately one-quarter inch in size and the slots may be approximately eight-tenths of an inch in height the widest part of the trapezoid has a dimension of approximately 12.7 mm (one-half inch). Such dimensions result in an increase of approximately 10c on the side walls of the trapezoidal cross section. 3a shows the trapezoidal shape of the slot cross section. 3b shows another possible slot cross-section through which a more uniform flow through the slots is promoted. Other slot shapes can be used to achieve special flow stroke characteristics, as described below.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der geschlitzte Strömungsteiler 50 an dem Ventilverschlussstück 14 angeordnet ist. Der Strömungsteiler 50 ist mit FIG. 4 shows a further embodiment of the invention, in which the slotted flow divider 50 is arranged on the valve closure piece 14. The flow divider 50 is with

Schlitzen 52 versehen und erstreckt sich von dem Ventilverschlussstück 14 von dessen Unterseite aus, d.h. von dem Ende des Ventilverschlussstücks 14 aus, das in den Auslasskanal weist. Bei Bedarf können die Schlitze der Vorrichtung 50 sich verjüngen, wie dargestellt, oder einen konstanten Querschnitt haben, wie die beim Strömungsteiler 40 gezeigten Schlitze 42. Fig. 4 zeigt zwar, dass die Strömungsteiler 40 und 50 gemeinsam benutzt werden können, die Vorrichtung 50 kann tatsächlich jedoch auch allein verwendet werden. Beide Vorrichtungen 40 und 50 können einstückig mit dem Ventilsitz 12 bzw. dem Ventilverschlussstück 14 hergestellt werden. Das Ventil kann auch mit den Strömungsteilern als gesonderten Teilen zusammengebaut werden, die dann, je nachdem, entweder an dem Ventilsitz oder an dem Ventilverschlussstück befestigt werden. Provides slots 52 and extends from the valve plug 14 from the bottom thereof, i.e. from the end of the valve closure piece 14, which points into the outlet channel. If necessary, the slots of device 50 may taper as shown, or may have a constant cross-section, such as slots 42 shown in flow divider 40. Although FIG. 4 shows that flow dividers 40 and 50 can be used in common, device 50 can actually used alone. Both devices 40 and 50 can be manufactured in one piece with the valve seat 12 or the valve closure piece 14. The valve can also be assembled with the flow dividers as separate parts which, depending on the case, are then attached either to the valve seat or to the valve closure piece.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der sich der Strömungsteiler 60, der Schlitze 62 hat, aufwärts bis zu der Hülse 18 erstreckt, so dass das Ventilver-schlussstück 14 selbst bei grossen Ventilhüben im Strömungsteiler 60 angeordnet ist. Darum eignet sich die in Fig. 5 dargestellte Form eines Strömungsteilers mehr für Ventile, bei denen ein hoher Druckabfall und eine starke Geräuscherzeugung bei allen Werten des Ventilhubs auftreten, während der in Fig. 1 dargestellte Strömungsteiler mehr für Steuerventilfunktionen geeignet ist. Das Ventilverschlussstück 14 in Fig. 1 gibt am Schluss den Strömungsteiler 40 frei, wenn er von dem Ventilsitz 12 wegbewegt wird, so dass es schliesslich zu einer im wesentlichen ungedrosselten Strömung auf einem Weg kommt, zu dem die Schlitze 42 nicht gehören. Bei dem Ventilaufbau, der in Fig. 5 gezeigt ist, geht dagegen selbst bei weit offenem Ventil im wesentlichen die gesamte Fluidströmung durch die Schlitze 62 hindurch. Somit wird bei dem in Fig. 5 gezeigten Ventil ein relativ hoher Druckabfall bei sämtlichen Werten des Ventilhubs auftreten. Wiederum kann, wie oben dargelegt, der geschlitzte Strömungsteiler 60 ein gesondertes ringförmiges Gebilde sein oder einstückig mit dem Ventilsitz 12 hergestellt werden. FIG. 5 shows a further embodiment of the invention, in which the flow divider 60, which has slots 62, extends up to the sleeve 18, so that the valve closure piece 14 is arranged in the flow divider 60 even with large valve strokes. Therefore, the form of a flow divider shown in FIG. 5 is more suitable for valves in which a high pressure drop and a strong generation of noise occur at all values of the valve lift, while the flow divider shown in FIG. 1 is more suitable for control valve functions. The valve closure piece 14 in FIG. 1 finally releases the flow divider 40 when it is moved away from the valve seat 12, so that ultimately an essentially unrestricted flow occurs on a path to which the slots 42 do not belong. In contrast, in the valve structure shown in FIG. 5, substantially all of the fluid flow passes through the slots 62 even when the valve is wide open. Thus, in the valve shown in Fig. 5, a relatively high pressure drop will occur at all values of the valve lift. Again, as stated above, the slotted flow divider 60 may be a separate annular structure or may be made in one piece with the valve seat 12.

Ein beträchtlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Hubkennlinien des Ventils durch besondere Auswahl der Schlitzquerschnittsgeometrie gesteuert werden können. Insbesondere sei angemerkt, dass der Begriff «Hubkennlinie» die Durchströmung oder den Durchsatz des Ventils in Abhängigkeit vom Ventilhub, d.h. in Abhängigkeit von dem Ausmass, bis zu welchem das Ventilverschlussstück 14 in seiner axialen Richtung bewegt wird, bedeutet. Durch Verändern der Schlitzgeometrie kann diese Kennlinie verändert werden. Besonders einfach wird das erreicht durch Verändern der Form der oben beschriebenen Trapez- oder anderen Schlitzquerschnitte. A considerable advantage of the invention is that the stroke characteristics of the valve can be controlled by a special selection of the slot cross-section geometry. In particular, it should be noted that the term “stroke characteristic” means the flow or the throughput of the valve as a function of the valve lift, i.e. depending on the extent to which the valve closure piece 14 is moved in its axial direction. This characteristic curve can be changed by changing the slot geometry. This is achieved particularly easily by changing the shape of the trapezoidal or other slot cross-sections described above.

Vorstehende Darlegungen dürften gezeigt haben, dass das Ventil nach der Erfindung Vorteile bietet, die sich bei bekannten Ventilen, welche als «leise» bezeichnet werden, nicht finden. Insbesondere erleichtert der Aufbau des Ventils nach der Erfindung eine relativ gleichmässige Strömung und verringert nicht nur Vibration und Geräusch, sondern dient auch zum Begrenzen der Erzeugung von Geräusch auf Frequenzen, die für das Ventil und für Rohrleitungsanordnungen oder für die Arbeitsumgebung im allgemeinen unschädlich sind. Darüber hinaus hat das Ventil nach der Erfindung eine leicht modifizierte Hubkennlinie, und mehrere Teile des Ventils nach der Erfindung können wirtschaftlich als ein einstük-kiges Gebilde hergestellt werden. The above explanations should have shown that the valve according to the invention offers advantages which are not found in known valves which are referred to as “quiet”. In particular, the construction of the valve according to the invention facilitates a relatively smooth flow and not only reduces vibration and noise, but also serves to limit the generation of noise to frequencies that are harmless to the valve and to pipe assemblies or to the working environment in general. In addition, the valve according to the invention has a slightly modified stroke characteristic, and several parts of the valve according to the invention can be economically manufactured as a one-piece structure.

4 4th

5 5

\Ü \ Ü

15 15

20 20th

25 25th

iO OK

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

bO bO

G G

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

656 690

1. Valve for low-noise control of the flow of a fluid, comprising a pressure-resistant valve housing (10) with an inlet and an outlet channel (22 and 24), a valve seat (12) arranged in the valve housing and between the inlet and outlet channels cylindrical valve closure piece (14) which is movable against the valve seat between the inlet and the outlet channel for controlling the flow of the fluid and which defines a contact area with the valve seat, and a slot provided for dividing the flow of the fluid into a plurality of partial flows Flow divider (40), which is arranged immediately adjacent to the contact area, characterized in that to reduce the noise caused by the flow of the fluid by a smooth transition from a partially limited flow of the fluid with a small valve lift to a practically unimpeded flow of the fluid with a larger one Valve stroke the flow cross section of the total heated flow divider (40) increases with increasing distance from the valve seat.

2. Valve according to claim 1, characterized in that the slotted flow divider (40) is arranged on the valve seat (12).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Valve according to claim 1, characterized in that the slotted flow divider (40) and the valve seat (12) are integrally formed.

4. Valve according to claim 1, characterized in that the slotted flow divider (50) and the valve closure piece (14) are integrally formed.

5. Valve according to claim 2 or 3, characterized in that the slotted flow divider (40) is designed as a slotted ring through which the valve closure piece (14) is moved in the axial direction when opening and closing the valve.

6. Valve according to claim 1, characterized in that the cross section of the slots (42) of the slotted flow divider (40) corresponds to a trapezoid whose base line facing the inlet channel (22) is longer than the base line facing the outlet channel (24).

7. Valve according to claim 1, characterized in that a pilot valve (14, 16) and a compensation chamber (32, 34) are provided to facilitate the opening of the valve against the fluid pressure.

8. Valve according to claim 1, characterized in that the slots of the slotted flow divider (50) are practically rectangular openings (52).

9. Valve according to claim 1, characterized in that the slotted flow divider (40) has 32 slots (42).

10. Valve according to claim 1, characterized in that the contact area is circular and the length of the slots (42) of the flow divider (40) practically the

Corresponds to 0.1 times the diameter of the contact area.

11. Valve according to claim 1, characterized in that the flow divider (40) is designed and arranged such that when the valve position is open, practically the entire flow of the fluid flows past the flow divider (40).