DE102015108478B4

DE102015108478B4 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102015108478B4
Application number: DE102015108478.3A
Authority: DE
Inventors: Heribert Herold
Original assignee: VAG GmbH
Current assignee: VAG GmbH
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2035-05-30
Also published as: CN106195429B; CN106195429A; DE102015108478A1

Abstract

Ventilanordnung für eine Wasserversorgungsleitung mit einem Druck- und/oder Durchflussregelventil (1) und einer dem Druck- und/oder Durchflussregelventil (1) in Strömungsrichtung nachgeordneten Düse (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) eine zentrale Durchgangsöffnung (26) mit einem sich in Strömungsrichtung verengenden Querschnitt und mehrere von der zentralen Durchgangsöffnung (26) abzweigende radiale Durchlässe (27) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Wasserversorgungsleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 93 20 686 U1 ist ein als Ringkolbenventil ausgebildetes Druck- und/oder Durchflussregelventil für eine Wasserversorgungsleitung bekannt. Dieses enthält ein Gehäuse mit einem inneren Führungsteil, in dem ein Abschlusskolben zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung axial verschiebbar geführt ist. Das innere Führungsteil des Gehäuses ist über Halterippen an der Innenseite eines Gehäuseaußenteils abgestützt. Zwischen dem Gehäuseaußenteil und dem inneren Führungssteil des Gehäuses wird ein Ringkanal begrenzt, durch den Wasser oder ein anderes Medium von einer Einlassöffnung zu einer Auslassöffnung des Gehäuses 1 strömen kann. Durch die axiale Verschiebung des Abschlusskolbens kann der Durchlass durch den Ringkanal gesteuert werden.
Derartige Ringkolbenventile werden für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt. Sie sind z.B. als Grundablassventile bei Staudämmen, als Mengen- oder Rohrbruchsicherungsarmatur, als Druck- oder Niveauregelarmatur sowie als Spül- und Entleerungsarmatur einsetzbar. Derartige Ringkolbenventile können jedoch besonders bei niedrigen Rückdrücken in dem auf das Ringkolbenventil folgenden Rohrleitungssystem zu Kavitation neigen. Zur Verringerung der Kavitationserscheinungen können bei bestimmten Anwendungen geeignete Belüftungseinrichtungen oder Regeleinsätze eingesetzt werden. Ringkolbenventile werden aber z.B. auch häufig in Turbinen Bypässen eingesetzt und dort mit hohen Differenzdrücken und hohen Strömungsgeschwindigkeiten beansprucht. Hier können jedoch oftmals keine Belüftungsteile platziert werden, da das abströmseitige Rohrleitungssystem durch die eingeschlossene Luft zu Druckschwingungen angeregt wird.
Die DE 1 072 444 A offenbart einen Düsenregelschieber, der eine mittels einer Spindel verstellbare Schieberplatte und eine der Schieberplatte in Strömungsrichtung nachgeordnete Düsenplatte mit mehreren Düsen enthält.
In der DE 25 45 378 A1 ist ein Druckregelgerät mir einer Durchgangsöffnung und radialen Durchlässen in einem Lochkörper offenbart.
Die DE 1 950 298 A betrifft ein Druckventil für Kolbenkompressoren mit einem Strömungskanal, der einströmseitig düsenförmig und ausströmseitig diffusorförmig verläuft. Der Strömungskanal ist derart gestaltet, dass sich die Geometrie einer Lavaldüse ausbildet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Reduktion der Kavitationsneigung an einem Druck- und/oder Durchflussregelventil bei hohen Differenzdrücken und hohen Strömungsgeschwindigkeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist dem Druck- und/oder Durchflussregelventil in Strömungsrichtung gesehen eine Düse nachgeordnet, die eine zentrale Durchgangsöffnung mit einem sich in Strömungsrichtung verengenden Querschnitt und mehrere von der zentralen Durchgangsöffnung abzweigende radiale Durchlässe aufweist. Durch eine derartige Düse kann nicht nur ein die Kavitation reduzierender Rückdruck im Druck- und/oder Durchflussregelventil erzeugt, sondern auch sichergestellt werden, dass die Strömung in der an das Druck- und/oder Durchflussregelventil anschließenden Rohrleitung zu einer Innenwand eines die Düse umgebenden Gehäuses oder an die Innenwand eines die Düse umgebenden Rohrs gelenkt wird und möglichst turbulenzfrei wieder anliegt. Dadurch können Schwingungen verringert und die Kavitationsneigung des Ventils reduziert werden.
In einer strömungstechnisch günstigen Ausführung sind die radialen Durchlässe schräg zu einer Mittelachse der zentralen Durchgangsöffnung verlaufend angeordnet. Dadurch kann ein Teil der Strömung auf günstige Weise umgelenkt werden.
Die Durchgangsöffnung der Düse ist zweckmäßigerweise konisch ausgebildet und weist einen Kegelwinkel α von 60° bis 120° auf. Die zentrale Durchgangsöffnung am Auslass der Düse weist vorzugsweise einen Durchmesser d auf, der 20% bis 50% der Nennweite DN des vorgeschalteten Druck- und/oder Durchflussregelventils beträgt.
Die Düse weist in vorteilhafter Weise einen z.B. konisch zulaufenden Düsenkörper und einen Ringflansch auf. Über den Ringflansch kann die Düse auf einfache Weise an der Auslassöffnung eines Ventilgehäuses des vorgeschalteten Druck- und/oder Durchflussregelventils befestigt werden.
Die Düse ist zweckmäßigerweise von einem Gehäuse umgeben. Das Gehäuse kann als Rohrleitung ausgebildet sein, die eine Durchgangsöffnung mit konstantem Querschnitt aufweist. Das Gehäuse kann aber auch als Diffusor mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet sein, deren Querschnitt sich in Strömungsrichtung erweitert. Die Kombination aus Düse mit dem sich verengenden Querschnitt und Querschnittserweiterung der Durchgangsöffnung des die Düse umgebenden Gehäuses führt zu einer nochmaligen Verbesserung der abströmseitigen Strömung. Zweckmäßigerweise ist die Durchgangsöffnung des die Düse umgebenden Gehäuses konisch ausgeführt und weist einen eingeschlossenen Winkel von maximal 20° auf.
Die Düse kann direkt an der Auslassöffnung des Ventilgehäuses des Druck- und/oder Durchflussregelventils angeordnet sein. Sie kann aber auch von der Auslassöffnung beabstandet sein, wobei dann der Abstand maximal der 10-fachen Nennweite DN des vorgeschalteten Druck- und/oder Durchflussregelventils betragen sollte.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung in einem Längsschnitt und
2 die Ventilanordnung von 1 in einer geschnittenen Perspektive.

In den 1 und 2 ist eine Ventilanordnung für eine Wasserversorgungsleitung mit einem Druck- und/oder Durchflussregelventil 1 und einer dem Druck- und/oder Durchflussregelventil 1 in Strömungsrichtung nachgeordneten Düse 2 gezeigt. Das hier als Ringkolbenventil ausgebildete Druck- und/oder Durchflussregelventil 1 enthält ein vorzugsweise aus duktilem Gusseisen bestehendes Ventilgehäuse 3, das einen mit Anschlussflanschen 4 versehenen Außenteil 5 und einen über Halterippen 6 an der Innenseite des Außenteils 5 abgestützten inneren Führungsteil 7 aufweist.
Zwischen dem Außenteil 5 und dem inneren Führungssteil 7 des Ventilgehäuses 3 wird ein Ringkanal 8 begrenzt, durch den das Wasser von einer Einlassöffnung 9 zu einer Auslassöffnung 10 des Ventilgehäuses 3 strömen kann. An der Auslassöffnung 10 des Ventilgehäuses 3 ist ein Abschlussring 11 mit einer als Profildichtung ausgebildeten Abschlussdichtung 12 befestigt. Zwischen dem Abschlussring 11 und der Stirnseite des zur Auslassöffnung 10 hin offenen inneren Führungsteils 7 ist eine Lochhülse 13 eingespannt. In dem zur Auslassöffnung 8 hin offenen inneren Führungsteil 7 ist ein Abschlusskolben 14 axial verschiebbar geführt. Durch die axiale Verschiebung des Abschlusskolbens 14 kann der Durchlass durch den Ringkanal 8 gesteuert werden.
Wie besonders aus 2 hervorgeht, weist der Abschlusskolben 14 in der gezeigten Ausführung eine Abschlussbuchse 15, ein Pleuellager 16 und einen Haltering 17 zur Befestigung des Pleuellagers 16 an der Abschlussbuchse 15 auf. Die Abschlussbuchse 15 ist innerhalb des Führungsteils 7 über innere Kolbenführungsleisten 18 axial verschiebbar und über eine hier als Vierlippendichtung (Quadring) ausgebildete Dichtung 19 gegenüber dem Führungsteil 7 radial abgedichtet geführt. Der Abschlusskolben 14 wird in seiner Längsbewegung durch einen Kurbeltrieb mit einer auf einer Antriebswelle 20 befestigten Antriebskurbel 21 und einer mit der Antriebskurbel 21 gelenkig verbundenen Pleuelstange 22 angetrieben. Die Pleuelstange 22 ist an ihrem einen Ende über einen Kurbelbolzen 23 mit der Antriebskurbel 21 und an ihrem anderen Ende über einen Kurbelbolzen 24 mit dem Pleuellager 16 gelenkig verbunden.
Die Antriebswelle 20 ist über Lagerbuchsen in zwei nach innen ragenden Lagerstutzen 25 des Gehäuses 1 drehbar gelagert. Die Antriebskurbel 21 ist zwischen den inneren Enden der Lagerstutzen 25 verdrehfest auf der Antriebswelle 20 fixiert. Die Antriebswelle 20 kann z.B. über ein Getriebe mit Hilfe eines Handrads manuell gedreht werden. Die Drehung der Antriebswelle 20 zur Verstellung des Abschlusskolbens 14 kann aber auch elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Durch die Drehung der Antriebswelle 20 kann der Abschlusskolben 14 zwischen einer in 2 gezeigten Öffnungsstellung und einer nach vorne verschobenen Schließ- bzw. Drosselstellung axial verschoben werden. In der Schließstellung des Abschlusskolbens 11 liegt das zur Auslassöffnung 10 weisende äußere Ende der Abschlussbuchse 15 an der Abschlussdichtung 12 an.
Die an der Auslassöffnung 10 des Ventilgehäuse 3 angeordnete Düse 2 weist eine zentrale Durchgangsöffnung 26 mit einem sich in Strömungsrichtung verengenden Querschnitt und mehrere von der zentralen Durchgangsöffnung 26 abzweigende radiale Durchlässe 27 auf. Dadurch kann nicht nur ein die Kavitation reduzierender Rückdruck im Druck- und/oder Durchflussregelventil 1 erzeugt, sondern auch sichergestellt werden, dass die Strömung in der an das Druck- und/oder Durchflussregelventil 1 anschließenden Rohrleitung möglichst turbulenzfrei wieder anliegt. Über die hier als Löcher mit rundem Querschnitt ausgeführten radialen Durchlässe 27 kann ein Teil der durch die Düse 2 fließenden Strömung zu einer Innenwand 28 eines die Düse 2 umgebenden Gehäuses 29 oder an die Innenwand eines die Düse umgebenden Rohrs gelenkt werden und dadurch die Strömung an der Abströmseite des Druck- und/oder Durchflussregelventils 1 verbessert werden.
Die Durchgangsöffnung 26 der Düse 2 ist gemäß 1 vorzugsweise konisch ausgebildet und weist einen Kegelwinkel α von 60° bis 120° auf. Außerdem enthält die zentrale Durchgangsöffnung 26 am Auslass der Düse 2 einen Durchmesser d, der vorzugsweise 20% bis 50% der Nennweite DN des vorgeschalteten Druck- und/oder Durchflussregelventils 1 beträgt. Die radialen Durchlässe 27 sind bei der gezeigten Ausführung derart angeordnet, dass diese schräg zu einer Mittelachse 30 der sich konisch verengenden zentralen Durchgangsöffnung 26 nach außen verlaufen.
Die Düse 2 enthält einen Ringflansch 31 und einen konisch zulaufenden Düsenkörper 32. An dem Übergang vom Ringflansch 31 zum Düsenkörper 32 ist ein Radius 35 vorgesehen. Die in Strömungsrichtung schräg nach außen verlaufenden Durchgänge 27 sind in dem konisch zulaufenden Düsenkörper 32 über dem Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Bei der gezeigten Ausführung sind z.B. sechs über den Umfang des Düsenkörpers 32 gleichmäßig verteilte radiale Durchgänge 27 vorgesehen. Das die Düse 2 umgebende Gehäuse 29 enthält eine Durchgangsöffnung 33 mit einem sich in Strömungsrichtung erweiternden Querschnitt. Bei der gezeigten Ausführung ist die sich in Strömungsrichtung erweiternde Durchgangsöffnung 33 konisch ausgeführt. Auch das Gehäuse 29 enthält an seinen beiden Enden entsprechende Anschlussflansche 34. Zwischen dem inneren Anschlussflansch 34 des Gehäuses 29 und dem an der Auslassöffnung 10 des Ventilgehäuses 1 angeordneten Anschlussflansch 4 kann die Düse 2 über den Ringflansch 28 befestigt sein.

Claims

Ventilanordnung für eine Wasserversorgungsleitung mit einem Druck- und/oder Durchflussregelventil (1) und einer dem Druck- und/oder Durchflussregelventil (1) in Strömungsrichtung nachgeordneten Düse (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) eine zentrale Durchgangsöffnung (26) mit einem sich in Strömungsrichtung verengenden Querschnitt und mehrere von der zentralen Durchgangsöffnung (26) abzweigende radiale Durchlässe (27) aufweist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Durchlässe (27) schräg zu einer Mittelachse (30) der zentralen Durchgangsöffnung (26) verlaufen.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (26) der Düse (2) konisch ausgebildet ist und einen Kegelwinkel α von 60° bis 120° aufweist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die zentrale Durchgangsöffnung (26) am Auslass der Düse (2) einen Durchmesser d aufweist, der 20% bis 50% der Nennweite DN des vorgeschalteten Druck- und/oder Durchflussregelventils (1) beträgt.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) einen in Strömungsrichtung konisch zulaufenden Düsenkörper (32) und einen Ringflansch (31) enthält.
Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Durchlässe (27) in dem konisch zulaufenden Düsenkörper (32) der Düse (2) angeordnet sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Durchlässe (27) gleichmäßig über den Umfang des Düsenkörpers (32) verteilt angeordnet sind.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (2) in einem Gehäuse (29) angeordnet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die Düse (2) umgebende Gehäuse (29) eine Durchgangsöffnung (33) mit einem konstanten Querschnitt oder einem sich in Strömungsrichtung erweiternden Querschnitt aufweist.
Ventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (33) konisch ausgeführt ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Durchgangsöffnung (33) mit dem sich in Strömungsrichtung erweiternden Querschnitt einen eingeschlossenen Winkel von maximal 20° aufweist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck- und/oder Durchflussregelventil (1) als Ringkolbenventil mit einem Ventilgehäuse (3) und einem innerhalb eines inneren Führungsteils (7) des Ventilgehäuses (3) verschiebbar geführten und zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung axial bewegbaren Abschlusskolben (14) ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse zwischen einem Anschlussflansch (4) des Ventilgehäuses (3) und einem Anschlussflansch (34) des Gehäuses (29) eingespannt ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, die Düse (2) direkt an der Auslassöffnung (10) des Ventilgehäuses (3) angeordnet ist oder einen maximalen Abstand in Höhe der 10-fachen Nennweite DN des vorgeschalteten Druck- und/oder Durchflussregelventils (1) von der Auslassöffnung (10) des Ventilgehäuses (3) aufweist.