DE102007035431B4 - Control valve especially for fluids with Abströmmöglichkeit for large mass flows - Google Patents
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Abstract
Regelventil für Massenströme von Fluiden, mit einem Ventilgehäuse mit in eine Einströmkammer mündenden Einströmstutzen für das Fluid unter hohem Druck und/oder hoher Temperatur, mit von einer Abströmkammer abgehenden Ausströmstutzen für das mit verringertem Druck und/oder verringerter Temperatur abströmende Fluid, mit einem Einström- und Abströmkammer verbindenden Ventileinsatz, sowie mit einem in dem Ventileinsatz vorgesehenen, mittels eines Antriebs von einer ”Geschlossenstellung” in eine ”Offenstellung” axial verschiebbaren, von einem Lochdrosselkorb für zumindest eine Regelstufe umgebenen Ventilschaft, wobei die Innenseite des Ventileinsatzes und die Außenseite des Ventilschaftes für jede Regelstufe je eine etwa gleichlange Einnehmung aufweisen, wobei der Lochdrosselkorb für jede Regelstufe jeweils eine Anzahl Durchströmöffnungen und korrespondierend dazu jeweils zumindest eine Ausströmöffnung aufweist, und wobei insbesondere eine letzte Stufe als Abströmstufe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochdrosselkorb (15) im Bereich der Abströmöffnung (17) jeder Regelstufe (a, b, c, ...) einen von den Einnehmungen gebildeten Einzug (18) aufweist, und dass der Ventilschaft (11) über die ”Offenstellung” hinaus in eine ”Überströmstellung” bewegbar ist, bei der die Einzüge (18) im Bereich der Ringstege (9) liegend Strömungs-Bypässe (20) bilden.Control valve for mass flows of fluids, with a valve housing with inflow ports opening into an inflow chamber for the fluid under high pressure and / or high temperature, with outflow ports leading off from an outflow chamber for the fluid flowing out at reduced pressure and / or reduced temperature, with an inflow and outflow chamber connecting valve insert, as well as with a provided in the valve insert, by means of a drive from a " closed position " in an " open position " axially displaceable valve stem surrounded by a perforated throttle basket for at least one control stage, the inside of the valve insert and the outside of the valve stem each having an approximately equal length for each regulating stage, the perforated throttle basket for each control stage each having a number of throughflow openings and correspondingly at least one outflow opening and in particular a last stage is provided as the outflow stage, characterized in that the perforated throttle basket (15) in the region of the outflow opening (17) of each control stage (a, b, c, ...) has an indentation (18 ), and that the valve stem (11) via the " open position " out into an " overflow position " is movable, in which the indentations (18) form flow bypasses (20) lying in the region of the ring webs (9).
Description
Regelventil für Massenströme von Fluiden, mit einem Ventilgehäuse mit in eine Einströmkammer mündenden Einströmstutzen für das Fluid unter hohem Druck und/oder hoher Temperatur, mit von einer Abströmkammer abgehenden Ausströmstutzen für das mit verringertem Druck und/oder verringerter Temperatur abströmende Fluid, mit einem Einström- und Abströmkammer verbindenden Ventileinsatz, sowie mit einem in dem Ventileinsatz vorgesehenen, mittels eines Antriebs von einer ”Geschlossenstellung” in eine ”Offenstellung” axial verschiebbaren, von einem Lochdrosselkorb für zumindest eine Regelstufe umgebenen Ventilschaft, wobei die Innenseite des Ventileinsatzes und die Außenseite des Ventilschaftes für jede Regelstufe je eine etwa gleichlange Einnehmung aufweisen, wobei der Lochdrosselkorb für jede Regelstufe jeweils eine Anzahl Durchströmöffnungen und korrespondierend dazu jeweils zumindest eine Ausströmöffnung aufweist, und wobei insbesondere eine letzte Stufe als Abströmstufe vorgesehen ist.A control valve for mass flows of fluids, comprising a valve housing with inlet opening for the fluid under high pressure and / or high temperature, opening into an inflow chamber, having outflow outlets for the fluid which has reduced pressure and / or reduced temperature, with an inflow outlet. and the outflow chamber connecting valve insert, as well as with a provided in the valve insert, by means of a drive from a "closed position" into an "open position" axially displaceable, surrounded by a Lochdrosselkorb for at least one control valve stem, wherein the inside of the valve core and the outside of the valve stem for each control stage each have an approximately equally long recess, the pit choke for each control stage each having a number of flow openings and corresponding thereto in each case at least one outflow opening, and wherein in particular a last stage as Abstr ömstufe is provided.
In besonderen Betriebszuständen – solche treten beispielsweise im Anfahrzustand, bei Betriebszuständen verschiedener Testläufe oder im Kraftwerksbereich etwa bei einem Schnell-Schluss der Turbine auf – sind über das Regelventil gegenüber den im bestimmungsgemäßen Normalbetrieb vom Regelventil üblicherweise zu beherrschenden Massenströmen erheblich größere Massenströme sicher abzuleiten. Dazu bedarf es einer speziellen Ausbildung des Regelventils. Aus
Die Innenwandung des rohrförmigen Ventileinsatzes sowie die Außenwandung des Ventilschaftes weisen zur Bildung von Regelstufen voneinander in gleichen Abständen angeordnet, eine Anzahl von Ringkammern bildende Einnehmungen mit einer der Hubhöhe entsprechenden axialen Erstreckung auf. Jede der Regelstufen wird gebildet durch Gruppen von Durchströmöffnungen, wobei die Abstände der Gruppen voneinander den Abständen der Ringkammern voneinander entsprechen und diese wiederum der Hubhöhe. Jeder der Gruppen von Durchströmöffnungen ist mindestens eine Überströmöffnung zugeordnet, die gegenüber der Gruppe versetzt so angeordnet ist, dass diese nach Öffnen des Ventils den Fluid-Übertritt der von der vorgehenden Ringkammer in die folgende ermöglicht. Die kaskadenartige Anordnung ermöglicht dabei eine Mehr-Stufen-Druckminderung, dass diese Druckminderung allgemein für Fluide gilt, ist für den Fachmann selbstverständlich. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass für das sichere Ableiten von in Sonder-Betriebszuständen lediglich ausnahmsweise anfallenden größeren Massenströmen diese Ventile in unwirtschaftlich vergrößerter Auslegung einzusetzen wären.The inner wall of the tubular valve insert and the outer wall of the valve stem have arranged to form control stages from each other at equal intervals, a number of ring chambers forming recesses with an axial extent corresponding to the lifting height. Each of the control stages is formed by groups of flow openings, wherein the distances of the groups from each other correspond to the distances of the annular chambers from each other and these in turn the lifting height. Each of the groups of flow-through openings is associated with at least one overflow opening, which is offset relative to the group arranged so that this after opening of the valve allows the passage of the fluid from the previous annular chamber in the following. The cascade-like arrangement enables a multi-stage pressure reduction, that this pressure reduction generally applies to fluids, is obvious to the expert. A disadvantage of this arrangement is that these valves would be used in uneconomically enlarged design for the safe dissipation of in special operating conditions only exceptionally incurred larger mass flows.
Hier setzt die Erfindung an, der die Aufgabenstellung zugrunde liegt, das gattungsgemäße Regelventil so weiter zu bilden, dass es bei einer Auslegung für Normalbetriebszustand die in Sonderbetriebszuständen anfallenden vergrößerten Massenströme zu beherrschen gestattet.This is where the invention is based, which is based on the task to further develop the generic control valve so that it allows to master the increased mass flows resulting in special operating conditions in a design for normal operating condition.
Diese Aufgabenstellung wird für ein Regelventil, definiert durch die im Oberbegriff des unabhängigen Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale, gelöst durch die in dessen Kennzeichen enthaltenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen beschreiben die Unteransprüche.This task is solved for a control valve, defined by the features listed in the preamble of the independent main claim, by the features contained in its characteristics. Advantageous developments and preferred embodiments describe the dependent claims.
Der Lochdrosselkorb weist für jede Regelstufe einen Bereich mit lochförmigen Durchströmöffnungen auf, deren Länge dem ersten Hub des Ventilschaftes entspricht, so dass im Zusammenwirken mit die den auf der Innenseite des Gehäuserohres vorgesehenen Einnehmung trennenden Ringstege das Ziehen des Ventilschaftes den Bereich der Durchströmöffnungen des Lochdrosselkorbes sukzessiv frei gegeben werden und so das Regeln bewirkt wird.The perforated throttle basket has, for each control stage, a region with hole-shaped flow-through openings whose length corresponds to the first stroke of the valve stem, so that, in cooperation with the annular webs separating the recess provided on the inside of the housing tube, the pulling of the valve stem successively clears the region of the throughflow openings of the perforated throttle body given and thus the rules are effected.
An den Bereich mit lochförmigen Durchströmöffnungen jeder der Regelstufe anschließend, weist der Lochdrosselkorb einen ringförmigen Einzug auf, dessen Länge einem zweiten Hub des Ventilschaftes entspricht. Diese Anordnung wiederholt sich bei mehrstufigen Regelventilen in gleichen Abständen, wobei der ringförmige Einzug in jeder der Stufen vom Ende des Bereichs mit lochförmigen Durchströmöffnungen der einen Stufe bis zum Beginn des Bereichs der Durchströmöffnungen der folgenden Regelstufe reicht. Dabei versteht es sich von selbst, dass der mit den Durchströmöffnungen versehene Bereich bei Regelbetrieb im Normalbetriebszustand mit Formschluss an der Ringfläche des Ringsteges zwischen zwei aufeinander folgenden Einnehmungen des Ventilschaftes anliegt, um Schwingungen von Ventilschaft mit Lochdrosselkorb zu unterbinden.Subsequently to the region with hole-shaped flow-through openings of each control stage, the orifice throttle basket has an annular indentation whose length corresponds to a second stroke of the valve stem. This arrangement is repeated at equal intervals in multi-stage control valves, wherein the annular indentation in each of the stages extends from the end of the region with hole-shaped throughflow openings of one stage to the beginning of the region of the throughflow openings of the following control stage. It is self-evident that the region provided with the flow-through openings during normal operation in the normal operating state with positive engagement on the annular surface of the annular web between two successive recesses of the valve stem is applied to prevent vibrations of valve stem with hole throttle basket.
Im Normalbetriebszustand wird der Ventilschaft je nach Regelungsvorgabe mit dem Lochdrosselkorb von der ”Geschlossenstellung” bis zu einer ”Offenstellung” gezogen, wobei zwischen der ”Geschlossenstellung” und dieser ”Offenstellung” der Regelbereich des Regelventils liegt. In diesem Regelbereich zwischen Geschlossenstellung” und ”Offenstellung” liegt der Lochdrosselkorb mit seiner Mantelfläche an der die innere Mantelfläche des Ventilgehäuses bildende Ringfläche der aufeinander folgenden Einnehmungen trennenden Ringstege an, so dass die Fluid-Strömung in bekannter Weise gezwungen ist, ihren Weg durch die Durchströmöffnungen in die ringkammerförmige Einnehmung des Ventilschaftes und von da durch die Abströmöffnung in die nächste der ringkammerförmigen Einnehmungen des Ventilgehäuses zu nehmen, um von da in die nächste Stufe der Drosselkaskade zu gelangen. Durch dieses Überströmen und damit verbundenen Umlenkungen wird bei Normalbetriebszuständen der für jede der Stufen gewünschte Druckabbau erreicht. In the normal operating state, depending on the control specification, the valve stem is pulled with the port throttle cage from the "closed position" to an "open position", the control range of the control valve lying between the "closed position" and this "open position". In this control range between closed position "and" open position ", the port choke with its lateral surface abuts against the annular surface forming the inner surface of the valve housing annular surface of successive recesses, so that the fluid flow is forced in a known manner, their way through the flow openings to take in the annular chamber-shaped recess of the valve stem and from there through the outflow opening in the next of the annular chamber-shaped recesses of the valve housing to get from there to the next stage of the throttle cascade. By this overflow and associated deflections of the desired pressure reduction for each of the stages is achieved in normal operating conditions.
Tritt ein Sonderbetriebszustand ein und ist daher erheblich größerer Massestrom zu bewältigen, wird der Ventilschaft mit dem Lochdrosselkorb in eine ”Überströmstellung” gezogen. Dann kommen die Einzüge zur Wirkung, die einen ”Bypass” zur Lochdrosselstrecke öffnen. In jeder der Stufen eines solchen Regelventils kann das Fluid nunmehr bei vergrößertem Querschnitt ohne Umlenkungen von der Eintrittskammer zu der Austrittskammer gelangen. Damit ist ein Regelventil vorgegebener Größe in der Lage, einen gegenüber seiner ”Normal-Auslegung” erheblich größeren Massestrom zu bewältigen. Dabei kommt es infolge der Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit zu einem Druckabbau, der gewünscht ist, und der, wenn der maximale Massestrom abschätzbar ist, in gewissen Grenzen durch die Größe der Einzüge des Lochdrosselkorbes vorbestimmt werden kann.If a special operating state occurs and therefore considerably greater mass flow is to be mastered, the valve stem with the port throttle basket is pulled into an "overflow position". Then the indentations come into effect, which open a "bypass" to Lochdrosselstrecke. In each of the stages of such a control valve, the fluid can now pass at increased cross-section without deflections of the inlet chamber to the outlet chamber. Thus, a control valve of predetermined size is able to cope with respect to its "normal design" significantly larger mass flow. It comes as a result of the increase in the flow velocity to a pressure reduction, which is desired, and which, if the maximum mass flow can be estimated within certain limits by the size of the indentations of Lochdrosselkorbes can be predetermined.
Die Längen der das Abströmen großer Massenströme erlaubenden Einnehmungsbereiche in der Innenwandung des Ventileinsatzes und Längen der Bereiche der Drosselbohrungen verhalten sich in jeder der Regelstufen wie mindestens 1:1. Daher ist der maximale Weg, um die der Ventilschaft mit dem Lochdrosselkorb im ersten Hub bis zur ”Offenstellung” gezogen werden muss, um die Grenze der ”ersten Öffnungsstufe” zu erreichen, höchstens gleich dem Weg, um den der Ventilschaft im zweiten Hub zum Erreichen der Grenz-Höhe der ”Überströmstellung”, in dem der maximale Massenstrom abströmen kann, gezogen werden kann.The lengths of the intake areas allowing the outflow of large mass flows in the inner wall of the valve insert and lengths of the areas of the throttle bores behave in each of the control stages as at least 1: 1. Therefore, the maximum travel distance that the valve stem with the orifice choke needs to be pulled in the first stroke to the "open position" to reach the limit of the "first open stage" is at most equal to the distance that the valve stem reaches in the second stroke the limit height of the "overflow", in which the maximum mass flow can flow, can be pulled.
Zur weiteren Stabilisierung des den Ventilschaft umgebenden Lochdrosselkorbes ist es vorteilhaft, wenn mindestens drei achsparallel verlaufende Stützstege die Einzüge überbrücken. Die Außenflächen dieser Stützstege legen sich an die inneren Mantelflächen des Ventileinsatzes an und tragen so für den teilweisen Formschluss mit dem Ventilgehäuse Sorge.To further stabilize the valve core surrounding Lochdrosselkorbes, it is advantageous if at least three axially parallel support webs bridge the indentations. The outer surfaces of these support webs are applied to the inner lateral surfaces of the valve core and thus contribute to the partial positive engagement with the valve housing concern.
Von besonderem Vorteil dieser Konstruktion ist, dass das Abströmen großer Massenströme über der Bypässe der Regelstufen nicht von deren Anzahl abhängig ist, und die so nicht dem Abströmen von in Sonderbetriebszuständen auch erheblich vergrößerten Masseströmen angepasst werden müssen. Diese vereinfacht die Herstellung, die dadurch auch wirtschaftlicher wird.A particular advantage of this design is that the outflow of large mass flows over the bypasses of the control stages is not dependent on their number, and so do not have to be adapted to the outflow of in special operating conditions also significantly increased mass flows. This simplifies the production, which also makes it more economical.
Das Wesen der Erfindung wird an Hand der in den
Das Regelventil
Das Regelventil
Der rohrförmige Ventileinsatz
Das das Regelventil
Diese Durchströmung setzt sich von einer von solchen Gruppen gebildeten Regelstufe zur nächsten Regelstufe fort, wobei sich der thermodynamische Zustand des Fluids von Regelstufe zu Regelstufe ändert. Dabei ist die Stellung des Ventilschaftes
Um in Sonderbetriebszuständen auftretende größere Massenströme beherrschen zu können, die außerhalb des Regelbereichs des Regelventils
Dieses Freigeben wird dadurch bewirkt, dass der Ringsteg
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Regelventilcontrol valve
- 0202
- Ventilgehäusevalve housing
- 0303
- Einströmkammerinflow
- 03.103.1
- EinströmstutzenEinströmstutzen
- 0404
- Abströmkammercurrent chamber
- 04.104.1
- Ausströmstutzenoutflow
- 0505
- rohrförmiger Ventileinsatztubular valve insert
- 0606
- Gehäuserohr-BefestigungHousing tube mounting
- 0707
- Ventilsitzvalve seat
- 0808
- Ringkammer GehäuserohrRing chamber housing tube
- 0909
- Ringstegring land
- 1010
- Antriebsgestängedrive linkage
- 1111
- Ventilschaftvalve stem
- 1212
- Ventilkonusvalve cone
- 1313
- Ringkammer VentilschaftAnnular chamber valve stem
- 1414
- 1515
- LochdrosselkorbHole throttle basket
- 1616
- Durchströmöffnungflow-through
- 1717
- Abströmöffnungoutflow
- 1818
- Einzugcollection
- 1919
- Stützstegsupporting web
- 2020
- Bypassbypass
- a, b, ca, b, c
- Regelstufencontrol stages
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Representative=s name: BAUER WAGNER PELLENGAHR SROKA PATENT- & RECHTS, DE Representative=s name: BAUER WAGNER PRIESMEYER PATENT- UND RECHTSANWA, DE |
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