DD223782A1

DD223782A1 - Kugelhahn mit regelelement

Info

Publication number: DD223782A1
Application number: DD26348684A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joachim Kecke; Frank Wenig
Original assignee: Magdeburger Armaturenwerke
Priority date: 1984-05-29
Filing date: 1984-05-29
Publication date: 1985-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn zum Einsatz als Absperr- und insbesondere Regelarmatur fuer fluessige und gasfoermige Medien. Das Ziel bestand in der Schaffung eines Kugelhahnes, der durch seine konstruktive Gestaltung die Geraeuschbildung und Kavitation minimiert, ueber gute Regeleigenschaften verfuegt und die abstroemseitige Dichtung vor Verschleiss schuetzt. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass ein profilierter Regelkoerper in dem Durchgang eines Kugelkuekens mit koaxialem Antrieb angeordnet ist, wobei der Regelkoerper und das Kugelkueken eine beliebig gekoppelte Drehbewegung zueinander ausfuehren koennen. Die Dichtung des Kugelkuekens wird abstroemseitig von dem Profil des Regelkoerpers ueberdeckt und dadurch vor der Stroemung geschuetzt. Mit dem Kugelhahn koennen beliebige, anlagenbedingte Kennlinien bei Einhaltung bestimmter kvs-Werte realisiert werden. Durch die Vermeidung von Wirbelgebieten erfolgt eine wesentliche Verminderung des Laermpegels unter Herabsetzung der Druckverlustbeiwerte. Fig. 2

Description

Titel der Erfindung Kugelhahn mit Regelelement

Anwendungsgebiet der Erfindung '

Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn mit Regelelement zum Absperren, Drosseln bzw· Regeln für flüssige und gasförmige Medien mit einem, in einem Gehäuse angeordneten drehbaren VerschiuSteil, welches durch einen sphärischen Teil gebildet wird. Dieser enthält einen Diametralkanal, worin ein Regelelement angeordnet ist. Während' Kugelhähne bisher hauptsächlich als Absperrarmaturen in Rohrleitungs^- systemen zum Einsatz kamen, erweitert sich ihr Einsatzbereich in der letzten Zeit in der Industrie zunehmend durch die übernähme der Regelfunktion in Verbindung mit ver- schiedenen konstruktiven Modifikationen.

-Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Zur Erreichung einer Druck- oder Mengenregelung von strömenden Medien ist der Einsatz von nach dem Prinzip der Drosselregelung arbeitenden Druck- oder Merigenreglern in Form von Regelventilen oder Drosselklappen üblich. Als Absperrarmaturen werden hauptsächlich Kugelhähne in der Industrie verwendet. Kugelhähne zeichnen sich gegenüber, anderen bekannten vergleichbaren Armaturen durch ihren einfachen Aufbau und die geringen Abmessungen aus, wobei insbesondere geringe Druckverluste in Offenstelluhg-

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nennen-sind. -'

Der bisherige Einsatz von Kugelhähnen hauptsächlich als Absperrorgan trotz des günstigen Herstellungsaufwandes und geringer Setätigungskräfte ist darin begründet, weil die für das sphärische Verschlußteil (Kugelküken) im Gehäuse erforderlichen Dicht ringe aus Metall oder Weichdichtungen in Zwischenstell.ung, .d'*h. beim Einsatz als Regelannatur, im Bereich des Kugeldurchganges freiliegen und so von der Strömung direkt fangest rötnt werden und dadurch einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind. Dem gleichen negativen Effekt unterliegt zuströmseitig die Kante des Diaraetraldurchganges des sphärischen Verschlußteiles.

Problematisch ist bei allen Armaturen, die zum Drosseln eingesetzt werden, die Lärmentwicklüng bei der Durchströmung von gasförmigen Medien infolge scharfkantiger Uralenkungen bzw. das Auftreten von Kavitation bei der Flussigkeitsdurchströraung infolge von Wirbelgebieteh in Regelstellung.

Bekannt ist ein Kügelhahn, bei dem das in Regelstellung auft retende VerschieiSproblem der zuströmseitigen Seite dahingehend gelöst wurde, daß der sphärische Teil zwischen zwei nachgiebigen Metalldichtungen angeordnet ist (DE-PS-650 548 XI1/47 g). Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß bei einer solchen konstruktiven Gestaltung sehr hohe Schallpegel auftreten und es auch zur rlirbelkavitation innerhalb des Durchganges in Regelstellungen kommt. Ein weiterer Nachteil ist, daß nur eine Kennlinie realisiert werden kann.

Bekannt ist weiterhin ein Kugelhahn, bei dem zur Realisierung bestimmter Kennlinien der Durchgang des sphärischen Verschlußteiles eine bestimmte Profilierung besitzt (DE-OS 2 457 226, F 16 K 5/06)'. Bei dieser Ausführung stehen' natürlich die gleichen Probleme hinsichtlich der Lärmentwicklung bzw. der Kavitation und des Verschleißes der

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Dichtringe in Regelstellungen an. Des weiteren ist eine Lösung zur Realisierung bestimmter Kennlinien durch den Einbau von Regelscheiben mit bestimmten Konturen vor oder hinter dem sphärischen Verschlußteil im Gehäuse bekannt (DE-GM 7 627 550 F 16 K 5/12). Auch mit diesen Kugelhahn können die schon genannten Nachteile nicht ausgeschaltet werden, wobei durch die Kanten aer Konturen der eingebauten Regelscheiben der Lärmpegel noch weiter erhöht wird. Bei den aufgeführten Lösungen kann eine Veränderung der Kennlinie nur erfolgen durch Auswechselung des mit einer bestimmten Profilierung des Durchganges versehenen sphärisehen Verschlußteiles oder der vor- oder nachgeschalteten Regelscheibe.

In der EP-PS Q 013 601, F 16 K 5/10 wird ein Kugelhahn beschrieben, bei dem im Durchgang des Kugelkükens verschiedene Einbauten für Regelzwecke befestigt sind. Als Regeleinbauten werden einzelne bzw. Gruppen von perforierten ebenen Platten» Wendeln und Gittern parallel zum Durchgang der Kugel und zum Zapfen vorgeschlagen. Dabei wird eine Verteilung und Größe der Bohrungen bei einer Platte sowie bei mehreren räumlich angeordneten Einbauten vorgegeben. Angestrebt wird durch die spezielle Anordnung der Prallplatten mit unterschiedlichen Bohrungen eine stufenweise Druckabsenkung und damit die Verhinderung einer Geschwindigkeitserhöhung, um die Lärmentwicklung bzw. Kavitation in Grenzen zu halten. Nachteilig wirkt sich bei diesem Regelkugelhahn die Verringerung des kvs-'ftertes in Offenstellung aus. Des weiteren kann bei verschmutzten und zähflüssigen Medien eine Verstopfung der Bohrungen der vorgesehenen Einbauten in allen Regelstellungen nicht ausgeschlossen werden.

Bekannt ist weiterhin ein .Kugelhahn mit regelbarer Durchflußmenge (DE-OS 1 650 395, F 16 K 31/12), bei dem im Durchgang des Kugelkükens eine Regelklappe in Form einer Scheibe angeordnet ist, die durch einen in der Betätigungswelle des sphärischen Teils untergebrachten Stab betätigt

wird. Auf diese Weise wird bei Überführung des sphärischen Verschlußgliedes in die Öffnungsstellung die .Durchflußmenge des Hahnes durch eine scheibenförmige Drehklappe bestimmt; Bei die-ser Erfindung übernimmt das sphärische Verschlußglied die Absperrfunktionund die Drosselklappe die Regelung des Durchflusses. Der Nachteil dieser Erfindung besteht darin, daß es bei Segelstellungen der Klappe zur Lärmentwicklung bzw. Kavitation durch auftretende Wirbelgebiete bzw. scharfe ,v Umlenkung on- kommt.. Weiterhin sind* bei de r Ve rwirklichung bestimmter Kennlinien, Grenzen gesetzt, da das sphärische VerschluSglied nur als Absperrorgan genutzt werden kann.

Ziel der Erfindung .

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Kugelhahn zu entwickeln, der sowohl als Absperr- als auch al-s Drossel-.bzw. Regelorgan einsetzbar ist und durch seine konstruktive 'Gestaltung die Geräuschbildung und Kavitation bei gasförmigen und flüssigen Medien zum größten Teil minimiert, über gute Regeleigenschaften verfügt und die abströrnseitigen Diebtungen vor Verschleiß schützt.

Darlequng des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelhahn zum Absperren, Drosseln bzw. Regeln zu schaffen, bei dem durch eine zweckmäßige konstruktive Ausbildung und Anordnung eines Regelelementes in dem Durchgang eines Kugel-.·-' kükens beliebige Regelcharakteristiken bei einer gleichzeitigen. Minimierung der Geräuschentwicklung und Kayitation realisiert werden können*

• Erfindungsgeraäß wird dies dadurch erreicht, daß ein profilierter Regelkörper in dem Durchgang eines Kugelkükens mit koaxialem Antrieb angeordnet ist, wobei der Regelkörper und das Kugelküken eine beliebig gekoppelte Dreh- — bewegung zueinander ausführen können. Dadurch ist es z.3.

möglich, eine gleichprozentige Kennlinie eines sphärischen Verschlußkörpers zu linearisieren, aber auch andere gewünschte Kennlinien bei Einhaltung bestimmter k _-S\fe.rt.e zu realisieren.

Die Relativbewegung zwischen Regelkörper und VerschluSglied gestattet es, daß der Regelkörper mit seinem Profil den Raum des jeweiligen Wirbelgebietes einnimmt, so daß Kavitation und Geräuschbildung besonders in Regelstellung minimiert werden. Die Dichtung des Kugelkükens wird abströmseitig von dem, Hinterkantenprofil des Regelkörpers überdeckt und dadurch vor der Strömung geschützt. Mit der Abdeckung der Dichtung und der damit verbundenen Umlenkung der Strömung ist es möglich, den Kugelhahn auch für Regelzwecke einzusetzen, ohne daß dabei die abströmseitige Dichtung des sphärischen Verschlußglieds zerstört wird.

Eine entscheidende Larmminderung bei der Durchströmung von gasförmigen Medien wird dadurch erreicht, daß der Durchgang des sphärischen Verschlußgliedes mit dem profilierten Regelkörper einen Kanal bildet, der ohne Ablösung durchströmt wird und so das Ablösegebiet abgrenzt bzw* keine freie Strahlgrenze entstehen kann. Dadurch wird der Pulsation und damit Lärmentstehung entgegengewirkt.

Der Kavitation wird dahingehend entgegengewirkt, daß durch die Profilierung des Regelkorpers bei der Durchströmung von Flüssigkeiten durch das sphärische Verschlußglied die, Wirbelgebiete weitestgehend minimiert werden. Ein Regelkörper, der den vorher genannten Anforderungen gerecht wird, besitzt insbesondere ein Laminarprofil in Einlaßrichtung mit einem Wölbungsmaß von f/1 = 0,0825, einer Wölbungsrücklage x^/1 =0,21, einem Dickenverhältnis von\ d/1 a 0,1875, einer. Dickenrücklage x^l = 0,23 bei einem Verhältnis von dem Kugeldurchraesser D des Kugelkükens zur Profiltiefe 1 D/l = 1,14. Das Profil verfügt dabei über einen Vorderkantenwinkel T = 76° und einen Hinterkantenwinkel ¹^_n = 12,5°. Dabei liegt der Drehpunkt des

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Regelkörpers mit Laminarprofil bei 0,45 1 und 0,25 d oberhalb der Skelettlinie. Die Realisierung der oben genannten-Anforderungen ist aber auch noch durch weitere beliebige Profile möglich. Y_x

Ausführunqsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. i: Kugelküken mit Regelkörper in Offenstellung Fig. 2; Kugelküken mit Regelkörper ini Regelstellung Fig. 3: Stellmöglichkeiten von Kugelküken und -,' Regelkörper , -

In Fig. 1 ist ein Kugelhahn in Offenstellung mit dem im Durchgang/ 3 des"Kugelkükens 2 befindlichen profilierten Regelkörper 5 dargestellt. Das Kugelküken 2 verfügt in der Nähe des Ein- und Auslasses über^Dichtungen 4 und ist im Gehäuse 1 drehbar gelagertY Da= als Verschlußstück dienende Kugelküken 2 ist mit einem diametralen Durch- _;; gang3 versehen, in dem der profilierte Regelkörper 5 mit dem Profil 6 koaxial im Drehpunkt 8 gelagert ist. Durch die Stellbewegung eines äußeren Stellorgans für das -y Kugelküken 2 sowie durch einen koaxialen Antrieb des Regelkörpers 5 wird eine Relativbewegung in Abhängigkeit von dem möglichen öffnungswinkel des VerschluSstückes 2 sowie der Verdrehung, des Regelkörpers 5 zueinander eingestellt. Durch die besondere Geometrie des Regelkörpers 5 in Form eines Profils 6 können gewünschte Kennlinien realisiert werden, wobei keine wesentliche Absenkung des k .,-Wertes gegenüber dem Kugelhahn ohne Hinbau eines profilierten Körpers möglich ist· Der Regelkörper 5 kann < jeweils der Lage des Wirbel-.bzw. Totwassergebietes im Durchgang 3 angepaßt werden und dessen Raum einnehmen, wodurch Kavitation und Geräuschbildung minimiert wird.

In Fig. 2 ist ein Kugelküken 2 mit einem Regelkörper 5 in Regelstellung dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß' es durch das Profil 6, insbesondere das Hinterkantehprofil '9 _f, zu keiner direkten Anströmung der Dichtung 4 im Auslaß kommt und diese so vor Zerstörung geschützt wird. Des weiteren ist zu erkennen, wie sich die Stromlinien der Kontur des Regelkörpers 5 anpassen und so die Entstehung eines Wirbelgebietes vermieden wird.

Die Fig. 3 zeigt die Stellcharakteristik vom Regelkörper mit einem Laminarprofil zum Kugelküken 2.

Claims

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E rfindunqsanspruch :

1. Kugelhahn mit Regelelement "zum Absperren, Drosseln bzw. Regeln für flüssige und gasförmige Medien mit einer in" einem Gehäuse angeordneten drehbaren durchbohrten Kugel, in deren Durchgang sich ein Regelelement befindet, gekennzeichnet dadurch, daß ein profilierter Regelkörper (5) in dem Durchgang (3) eines Kugelkükens (2) mit koaxialem Antrieb angeordnet ist,wobei der Regelkörper (5) und das Kugelküken (2) eine beliebig gekoppelte Drehbewegung zueinander ausführen können und der Regelkörper (5) mit seinem Profil (6) den Raum des jeweiligen

'Wirbelgebietes einnimmt. \
2. Kugelhahn nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Dichtung (4) abströmseitig von dem Hinterkantenprofil (9) desRegelkörpers (5) überdeckt wird.
3. Kugelhahn nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Profil (6) des Regelkörpers (5) insbesondere die Form eines Laminarprofils in EinlaSrichtung mit -einem Wölbungsmaß r/l· * 0,0825, einer Wölbungsrücklage x>/l = 0*21, einem Dickenverhältnis d/1 =0,1875, einer Dicken rücklage x^l =0,23, einem Vorderkantenviinkel

X= 76° und einem Hinterkantenwinkel V _u = 12,5

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bei einem Verhältnis von dem Kugeldurchmesser D des Kugelkukens (2) zur Profiltiefe 1 von1,14 besitzt, wobei der Drehpunkt (8) des Regelkörpers· (.5) bei 0,45 1 und 0,25 d oberhalb der Skelettlinie (7) angeordnet ist.

-Hierzu 3 Blatt Zeichnungen -