DE102010054123A1

DE102010054123A1 - Stellgarnitur zur mehrstufigen Druckreduzierung von kompressiblen Massenströmen, angeordnet in einem Ventilgehäuse.

Info

Publication number: DE102010054123A1
Application number: DE201010054123
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-12-11
Also published as: DE102010054123B4

Abstract

Die Stellgarnitur ist aus einem beweglichen Stellkörper (2), einer Sitzplatte (4), einer Deckplatte (7) und einer Vielzahl von Rundstäben (9 + 10) zusammengesetzt. Der Stellkörper besitzt als erste Druckreduzierstufe ein Lochdrosselfeld (2b) und erfasst in seinem Stellweg (Hub) mit seiner Stellscheibe (2d) alle nachfolgenden Druckreduzierstufen, die in konzentrischen Lochkreisen eingesetzt aus Rundstabgittern bestehen und zwischen der Sitzplatte und der Deckplatte geklemmt sind. Beim Stellvorgang wird der Massenstrom durch die Löcher im Lochdrosselfeld in Einzelströme aufgeteilt, die Stellscheibe gleitet über die Rundstabgitter und öffnet oder schließt die Regelflächen zwischen den Rundstäben. Durch die radiale und versetzte Anordnung der Rundstabgitter werden die Einzelströme wechselweise geteilt, umgelenkt und wieder vereinigt, erfahren in den Regelflächen aller Druckreduzierstufen im gesamten Stellwegbereich den beabsichtigten unterkritischen Druckabbau für eine geräuscharme Betriebsweise.

Description

Es ist bekannt, dass in Stellventilen bei der Druckreduzierung von Dampf- oder Gasströmen mit einem großen Druckgefälle stets hohe Strömungsgeschwindigkeiten mit hoher Geräuschentwicklung auftreten. Zur Minderung der Geräusche ist es Praxis, das vorgegebene Druckgefälle in mehreren Stufen abzubauen, um eine unterkritische Druckreduzierung mit niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten in jeder Stufe im gesamten Stellwegbereich (Hub) zu erreichen.
Aus der Patentschrift DE 32 24 011 C2 ist eine Ausführung dieser Praxis bekannt. Dabei wird die Mehrstufigkeit durch den Verbund von drei beweglichen Lochdrosselkörpern hergestellt, deren Durchströmflächen im Schließzustand durch die hochgezogenen Regelkanten im Ventilsitz abgedeckt sind. In Öffnungsstellung ergeben sich im Ventilsitz Toträume, in denen sich von der Strömung transportierte Rost- und Schmutzteilchen aus der Eintrittsrohrleitung ablagern können und angesammeltes Kondensat durch Polsterbildung die Stellfunktion der Lochdrosselkörper beeinträchtigen kann. Durch die notwendige Bauhöhe dieser Konstruktion ist ein Ventilgehäuse mit großer Austrittskammer über dem Gehäusesteg und bei der vierstufigen Version gemäß 2 ein unterer Ventildeckel zur Führung der ersten Reduzierstufe des Lochdrosselkörpers erforderlich. Nachteilig ist auch das Gewinde für den Ventilsitz im Gehäusesteg des Guss- oder Stahlguss-Gehäuses, da es sich im Falle der Beschädigung oft nicht mehr nachbessern lässt.
Die Patentschrift DE 601 14 587 T2 / EP 1 266 166 B1 beschreibt eine Druckreduziervorrichtung mit einem Stapel ringförmiger Platten, in deren Mittelbohrung ein Stellkolben in Axialbewegung die radial angeordneten Strömungsdurchgänge öffnet oder schließt. Für kompressible Massenströme sind nur die Ausführungsbeispiele nach 7 und 8 relevant, da durch die Strömung vom Zentrum bis zum Außenumfang des Plattenstapels die mit der Druckreduzierung verbundene Volumenvergrößerung des Massenstroms durch ansteigende Durchströmflächen zwischen den versetzt angeordneten Säulen berücksichtigt wird. Die Vielzahl der Platten zur Distanzierung der Strömungsdurchgänge in der Stellweghöhe verursacht durch die Plattendicken Leerhübe, die im Verlauf der Durchflusskennlinie Sprünge darstellen. Die engen Strömungswege neigen außerdem schnell zur Verstopfung durch Schmutzpartikel. Diese auf einem Plattenstapel basierende Druckreduziervorrichtung ist sehr aufwändig und kostenträchtig bei der Herstellung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der zuvor genannten Nachteile, in einer kostengünstigen Bauweise eine Stellgarnitur zur mehrstufigen Druckreduzierung von kompressiblen Massenströmen für eine unterkritische, geräuscharme Betriebsweise bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Stellgarnitur vor, die aus einem beweglichen Stellkörper, einer Sitzplatte, einer Vielzahl von Rundstäben und einer Deckplatte zusammengesetzt ist, wobei der bewegliche Stellkörper durch seine konstruktive Gestaltung alle angeordneten Druckreduzierstufen in seinen Stellweg (Hub) einbeziehen und deren Durchströmflächen gemeinsam öffnen oder schließen kann.
Für die Bemessung der Stellgarnitur sind die Betriebsdaten, die Einbauverhältnisse in Bezug auf die innere Geometrie des unter Berücksichtigung vertretbarer Ein- und Austrittsgeschwindigkeiten ausgewählten Ventilgehäuses und die Anzahl der Druckreduzierstufen maßgebend.
Bei der Auslegung bestimmt die Unterteilung des gesamten Druckgefälles in unterkritische Differenzdrücke die erforderliche Anzahl der Druckreduzierstufen.
Die Erfindung wird in der Zeichnung durch ein Ausführungsbeispiel dargestellt.
1 zeigt im Längsschnitt eine Stellgarnitur in einer fünfstufigen Ausführung, eingesetzt in ein Ventilgehäuse in Durchgangsform mit der Eingangsströmung unter dem Gehäusesteg – jeweils zur Hälfte – rechts in geschlossener Stellung und links in geöffneter Stellung des Stellkörpers.
2 stellt den Schnitt A-B des Längsschnitts der 1 dar.
Die Bauteile der Stellgarnitur stellen sich in ihrer konstruktiven Gestaltung wie folgt vor:
Der Stellkörper (2) ist in seiner Integral-Bauweise mit der Spindel (2a), einem Lochdrosselfeld (2b), einer abgeschrägten Schließfläche (2c), einer Stellscheibe (2d) mit Gleitbohrungen (2e) und mit einem am Außendurchmesser verschweißten Mantelblech (3) ausgestattet. Die Löcher des Lochdrosselfeldes (2b) sind in Stellweghöhe, radial und versetzt, mit einheitlicher Winkeleinteilung angeordnet. In der Stellscheibe (2d) sind die Gleitbohrungen (2e) mit unterschiedlichen Durchmessern in vier konzentrischen Lochkreisen radial und versetzt, mit gleicher Winkeleinteilung wie im Lochdrosselfeld gebohrt, wobei jeder einzelne Lochkreis für sich Gleitbohrungen mit gleichen Durchmessern aufweist.
Die Sitzplatte (4) hat eine mittige Sitzbohrung (4a) mit abgeschrägter Sitzfläche (4b), Sacklöcher (5) in gleicher Anzahl und radialer Anordnung in vier konzentrischen Lochkreisen wie die Gleitbohrungen in der Stellscheibe, jedoch mit kleineren Durchmessern, davon sind vier Stück als Gewinde-Sacklöcher (6, nicht gez.) ausgeführt.
Deckungsgleich zur Sitzplatte sind in der Deckplatte (7) die mittige Bohrung (7a) und in gleicher Anordnung und Größe die Sacklöcher (5) eingebracht, vier Stück davon als Durchgangslöcher (8, nicht gez.) Alle Rundstäbe (9) haben an die Gleitbohrungen (2e) der Stellscheibe (2d) angepasste Durchmesser und sind mit an beiden Enden verjüngten Durchmessern in die Sacklöcher (5) eingesetzt und stützen sich zwischen der Sitzplatte (4) und der Deckplatte (7) ab.
Der Stellkörper (2) ist zwischen der Sitzplatte (4) und der Deckplatte (7) eingeschlossen, in der Sitzbohrung (4a) und mittigen Bohrung (7a) der Deckplatte axial geführt und mit den Gleitbohrungen (2e) der Stellscheibe (2d) über die Rundstäbe (9) geschoben.
Vier Rundstäbe (10, im Schnitt A-B mit Kreuz gekennzeichnet) sind als Stiftschrauben ausgeführt, in die Gewinde-Sacklöcher (6) eingeschraubt und halten mit den Skt.-Muttern (11) über den Durchgangslöchern (8) die Stellgarnitur bei der Montage zusammen.
Die Stellgarnitur ist im Ventilgehäuse zwischen Gehäusesteg (1) und Deckelflansch (12) geklemmt.
Die Funktion der Stellgarnitur des Ausführungsbeispiels wird wie folgt beschrieben:
Der Stellkörper (2) wird über seine Spindel (2a) mit einem Stellantrieb gekuppelt. Beim Öffnen strömt der kompressible Massenstrom aus dem hohlzylindrischen Bereich des Stellkörpers durch die Löcher des Lochdrosselfeldes (2b) nach außen und wird durch die in Umfangsrichtung in einer Ebene befindliche Anzahl von Löchern aufgeteilt in Einzelströme. Das Lochdrosselfeld ist somit die erste Druckreduzierstufe. Die dem Stellkörper nachfolgenden vier Druckreduzierstufen entstehen durch die in vier konzentrischen Lochkreisen angeordneten Rundstäbe (9 + 10), wobei jeder Lochkreis mit seinen Rundstäben ein Rundstabgitter als Druckreduzierstufe bildet. In der Stellbewegung gleitet die Stellscheibe (2d) mit den Gleitbohrungen (2e) über die Rundstabgitter und stellt die Regelflächen zwischen den Rundstäben in jeder Druckreduzierstufe frei. Die Einzelströme werden in den versetzt angeordneten Rundstabgittern wechselweise geteilt, umgelenkt und wieder vereinigt. Das an der Stellscheibe (2d) befestigte Mantelblech (3) verhindert Schleichströmungen bei Teilöffnungen.
Mit der radialen Anordnung der Rundstäbe steigen die Regelflächen in den Rundstabgittern an und entsprechen der mit dem Druckabbau einhergehenden Volumenvergrößerung des kompressiblen Massenstroms.
Für die Bemessung der Regelflächen kommen die für Rundstabgitter anzusetzenden Widerstandszahlen zur Anwendung.
Vorteile der Erfindung sind folgende technische Merkmale:

– Der Stellkörper erfasst in seinem Stellweg alle angeordneten Druckreduzierstufen.
– Der lineare Verlauf der Durchflusskennlinie bleibt in der gesamten Stellgarnitur ohne Veränderung erhalten.
– In der Stellgarnitur ist eine Verstopfung durch Fremdkörper oder Schmutzpartikel ausgeschlossen, da keine Toträume vorhanden sind und die Durchflussquerschnitte in ihrer Größe nicht zugesetzt werden können.
– Durch die einfache Konstruktion ist die Stellgarnitur kostengünstig herzustellen, da ihre Bauteile in der mechanischen Fertigung aus Drehteilen und Bohrarbeiten entstehen.
– Die Stellgarnitur als Einheit gewährleistet eine leichte Montage oder Demontage.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3224011 C2 [0002]
DE 60114587 T2 [0003]
EP 1266166 B1 [0003]

Claims

Stellgarnitur zur mehrstufigen Druckreduzierung von kompressiblen Massenströmen, angeordnet in einem Ventilgehäuse, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Stellgarnitur ist aus einem beweglichen Stellkörper (2), einer Sitzplatte (4), einer Vielzahl von Rundstäben (9 + 10) und der Deckplatte (7) zusammengesetzt, wobei der bewegliche Stellkörper durch seine konstruktive Gestaltung alle angeordneten Druckreduzierstufen in seinen Stellweg (Hub) einbeziehen und deren Durchströmflächen gemeinsam öffnen oder schließen kann, – der bewegliche Stellkörper (2) ist in seiner Integral-Bauweise mit der Spindel (2a), einem Lochdrosselfeld (2b), mit abgeschrägter Schließfläche (2c), einer Stellscheibe (2d) mit Gleitbohrungen (2e) und dem Mantelblech (3) ausgestattet, wobei das Lochdrosselfeld (2b) die erste Druckreduzierstufe darstellt, – die dem Stellkörper nachfolgenden Druckreduzierstufen bestehen aus Rundstabgittern, deren Rundstäbe (9 + 10) mit unterschiedlichen Durchmessern in die Sacklöcher (5) der konzentrischen Lochkreise eingesetzt sind und sich zwischen der Sitzplatte (4) und der Deckplatte (7) abstützen, wobei jedes Rundstabgitter für sich Rundstäbe mit gleichen Durchmessern aufweist und eine Druckreduzierstufe bildet, – der Stellkörper (2) ist zwischen der Sitzplatte (4) und der Deckplatte (7) eingeschlossen, in der Sitzbohrung (4a) und mittigen Bohrung (7a) der Deckplatte axial geführt, gleitet bei der Stellbewegung mit der Stellscheibe (2d) über die Rundstabgitter und stellt deren Regelflächen zwischen den Rundstäben (9 + 10) in den Druckreduzierstufen frei, – vier Rundstäbe (10) sind als Stiftschrauben ausgeführt, in Gewinde-Sacklöcher (6) eingeschraubt und halten mit den Skt.-Muttern (11) über den Durchgangslöchern (8) die Stellgarnitur zusammen, – die Löcher im Lochdrosselfeld (2b), die Gleitbohrungen (2e), die Sacklöcher (5) einschließlich Gewinde-Sacklöcher (6) und Durchgangslöcher (8) und die Rundstäbe (9 + 10) sind, in der Ebene gesehen, in gleicher Anzahl radial und versetzt mit einheitlicher Winkeleinteilung in der Stellgarnitur angeordnet, – in Strömungsrichtung steigen die einheitlichen Durchmesser der Rundstäbe in den Rundstabgittern von Stufe zu Stufe an, – die Stellgarnitur kann nach dem Stellkörper auch nur ein Rundstabgitter als zweite Druckreduzierstufe aufweisen, – die Stellgarnitur ist im Ventilgehäuse zwischen Gehäusesteg (1) und Deckelflansch (12) geklemmt, – die Stellgarnitur kann in gleicher Weise in Eckform-Ventilgehäuse eingesetzt werden, mit Eintrittsströmung in Öffnungsrichtung des Stellkörpers.