DE102015115033B3

DE102015115033B3 - Klappenscheibe

Info

Publication number: DE102015115033B3
Application number: DE102015115033.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Thiessen; Torsten Fabian Rupp; Heribert Erich Herold; Carl Schulz
Original assignee: VAG Armaturen GmbH
Current assignee: VAG GmbH
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: US20170067562A1; US10094476B2; CN106499829A; CN106499829B; TR201612505A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klappenscheibe (1) mit einem scheibenförmigen Klappenkörper (2), der eine Vorderseite (3) mit zwei gegenüber dieser vorstehenden Naben (4) und eine der Vorderseite (3) entgegengesetzte Rückseite (6) enthält. Um eine verbesserte Umströmung der Klappenscheibe und eine Reduzierung der abströmseitigen Verwirbelungen zu ermöglichen, sind an der Vorderseite (3) des Klappenkörpers (2) entlang einer Innenfläche (10) der beiden Naben (4) bogenförmig verlaufende Vertiefungen (14) zur Umleitung der Strömung um die Naben (4) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klappenscheibe mit einem scheibenförmigen Klapperkörper, der eine Vorderseite mit zwei gegenüber dieser vorstehenden Naben und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite enthält.
Absperrklappen sind weit verbreitete Absperrorgane in der Wasserwirtschaft. Gegenüber Absperrschiebern sind Klappen sehr kompakt und benötigen speziell in Nennweiten größer DN 300 wesentlich weniger Einbauraum. Deshalb werden Rohrleitungssysteme mit Nennweiten ab ca. DN 300 meist mit Absperrklappen ausgerüstet. Der Nachteil von Absperrklappen besteht darin, dass sich die innerhalb eines Gehäuses drehbar gelagerte Klappenscheibe direkt in der Strömung befindet. Da die Klappenscheibe in Geschlossenstellung dem Anlagendifferenzdruck standhalten muss, müssen die Klappenschieben speziell für hohe Differenzdrücke entsprechend dick ausgeführt werden. Je kräftiger (dicker) jedoch die Klappenscheibe dimensioniert ist, desto mehr Durchflusswiderstand setzt sie dem Medium entgegen.
Bei den bisher bekannten Klappenscheiben mit zwei gegenüberliegenden Naben ergibt sich außerdem die Problematik dass die in der Strömung stehenden Naben je nach Form und Breite der Naben ein Totwassergebiet erzeugen können, das im abflussseitigen Strömungsbereich Wirbel verursacht. Diese Wirbel können einerseits das Totwassergebiet vergrößern und damit den Gesamtwiderstand der Absperrklappe erhöhen und andererseits Wirbelfelder bilden, die zur Schwingungsanregung der Absperrklappe oder der nachfolgenden Rohrleitung führen.
Die DE 10 2013 010 123 A1 offenbart eine Klappenscheibe mit einem scheibenförmigen Klappenkörper, der eine Vorderseite mit zwei gegenüber dieser vorstehenden Naben und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite aufweist. An der Vorderseite des Klappenkörpers sind Verdickungen und bogenförmig verlaufende Vertiefungen vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klappenscheibe der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine verbesserte Umströmung und eine Reduzierung der abströmseitigen Verwirbelungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Klappenscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Klappenscheibe sind an der mit zwei vorstehenden Naben versehenen Vorderseite des scheibenförmigen Klappenkörpers entlang einer Innenfläche der beiden Naben bogenförmig verlaufende Vertiefungen zur Umlenkung der Strömung um die Naben vorgesehen. Dadurch kann die Wirbelbildung hinter den Naben reduziert werden. Die entlang der Naben verlaufenden Vertiefungen sind zweckmäßigerweise durch einen Mittelsteg voneinander getrennt. Zur weiteren Strömungsoptimierung und zur Gewichtsreduzierung sind in dem Mittelsteg zwischen den Vertiefungen angeordnete und vom Rand zur Mitte des Klappenkörpers verlaufende Einbuchtungen vorgesehen. Die Vertiefungen und die vorzugsweise V-förmigen Einbuchtungen sind derart angeordnet, dass der Klappenkörper an seiner Vorderseite zwischen den beiden Naben eine in der Draufsicht X-förmige Kontur aufweist. Diese Kontur trägt zur Strömungsoptimierung und auch zur Versteifung bei.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Rückseite des Klappenkörpers ebenfalls konturiert und weist gebogene Rippen auf. Die Rippen liegen vorzugsweise den Vertiefungen auf der Vorderseite gegenüber und können in Verbindung mit der auf der Vorderseite des Klappenkörpers vorgesehen Kontur eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung ermöglichen. Falls die Festigkeit hier eine Änderung erfordert, können die Rippen aber gegenüber den Vertiefungen auch nach Innen oder Außen verschoben sein.
Die Naben sind in vorteilhafter Weise stromlinienförmig ausgeführt und können z. B. einander zugewandte, konvexe Innenflächen aufweisen. In einer strömungstechnisch besonders günstigen Ausführung können die Naben einen elliptischen bzw. bikonvexen Querschnitt aufweisen und neben den einander zugewandeten konvexen Innenflächen auch konvexe Außenflächen enthalten.
In einer weiteren zweckmäßigen Weise können in den Naben durch diese verlaufende Durchgänge angeordnet sein. Durch diese Durchgänge an den beiden Naben kann ein Druckausgleich zwischen der Mitte des Klappenscheibe und dem Totwassergebiet hinter den Naben erreicht und somit eine Unterdruck- und Wirbelbildung an der Abströmseite der Klappenscheibe verringert werden. Außerdem können dadurch auch die Betätigungsmomente zum Öffnen und Schließen der Klappenscheibe reduziert und die Gefahr von Schwingungen der Absperrklappe und der nachfolgenden Rohrleitung vermindert werden.
In besonders vorteilhafter Weise können die Durchgänge von der Innenseite der Klappenscheibe durch die Naben hindurch zur Außenseite der Klappenscheibe verlaufen. Zur Verringerung der Wirbelbildung kann so ein Teil der Strömung zur Klappenaußenseite geleitet werden. Die Durchgänge können parallel, rechtwinklig oder unter einem anderen Winkel zur Drehachse des Absperrorgans ausgerichtet und damit in Hauptströmungsrichtung oder quer bzw. winklig dazu angeordnet sein. Bei mehreren Durchgängen in jeder Nabe können die Durchgänge unterschiedlich oder gleich ausgerichtet sein.
Die Durchgänge können zweckmäßigerweise in Form von Bohrungen oder Schlitzen ausgeführt sein. Sie können aber auch eine andere geeignete Form aufweisen.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen:
1 eine Klappenscheibe einer Absperrarmatur in einer Draufsicht;
2 die Klappenscheibe von 1 in einer Seitenansicht;
3 einen Klappenkörper der in 1 gezeigten Klappenscheibe in einer Unteransicht;
4 den Klappenkörper der in 1 gezeigten Klappenscheibe in einem Querschnitt entlang der Drehachse;
5 den Klappenkörper der in 1 gezeigten Klappenscheibe in einer Perspektive und
6 die Klappenscheibe von 1 in einem Schnitt rechtwinklig zur Drehachse.
In den 1 und 2 ist eine Klappenscheibe 1 einer Absperrarmatur in einer Draufsicht und Seitenansicht dargestellt. Die gezeigte Klappenscheibe 1 enthält einen scheibenförmigen Klappenkörper 2, der an seiner Außenseite zwei gegenüber einer Vorderseite 3 des Klappenkörpers 2 vorstehende und einander gegenüberliegende Naben 4 enthält. Die Klappenscheibe 1 umfasst ferner eine in 2 erkennbare ring- oder scheibenförmige Dichtung 5 und einen an einer Rückseite 6 des Klapperkörpers 2 mit Hilfe von Schrauben 7 lösbar befestigten Haltering 8, durch den die Dichtung 5 an dem Klapperkörper 2 befestigt ist. Der Klapperkörper 2 der Klappenscheibe 1 ist in an sich bekannter Weise innerhalb eines mit einer runden Durchgangsöffnung versehenen Gehäuses um eine senkrecht zur Mittelachse der Durchgangsöffnung verlaufende Drehachse 9 schwenkbar gelagert.
Wie aus 1 hervorgeht, weist der Klappenkörper 2 an seiner zwischen den Naben 4 angeordneten Vorderseite 3 eine im Folgenden noch näher beschriebene Kontur zur Umlenkung der Strömung um die Naben 2 auf. Auch an der in 3 gezeigten Rückseite 6 des Klappenkörpers 2 ist eine spezielle Konturierung zur Strömungsumlenkung und Versteifung vorgesehen.
In den 1 und 5 ist erkennbar, dass die gegenüber der Vorderseite 3 des Klapperkörpers 2 vorstehenden Naben 4 einander zugewandte, konvexe Innenflächen 10 aufweisen. Bei der gezeigten Ausführung haben die Naben 4 einen elliptischen bzw. bikonvexen Querschnitt und enthalten neben den einander zugewandten konvexen Innenflächen 10 auch konvexe Außenflächen 11. In den beiden Naben 4 ist jeweils eine in 4 erkennbare seitliche Öffnung 12 zur Aufnahme eines Lagerbolzens vorgesehen.
Neben den Öffnungen 12 sind in den Naben 4 durch diese verlaufende Durchgänge 13 angeordnet. Über die Durchgänge 13 in den beiden Naben 4 kann ein Teil des in einer Öffnungsstellung der Klappenscheibe 1 an dieser entlang strömenden Fluids zur Klappenaußenseite geführt und dadurch ein Druckausgleich zwischen der Mitte der Klappenscheibe 1 und dem Totwassergebiet hinter den Naben 4 erreicht werden. Auf diese Weise kann eine Unterdruck- und Wirbelbildung an der Abströmseite der Klappenscheibe 1 verringert werden. Außerdem können dadurch auch die Betätigungsmomente zum Öffnen und Schließen der Klappenscheibe 1 reduziert und die Gefahr von Schwingungen der Klappenscheibe 1 und der nachfolgenden Rohrleitung vermindert werden.
In der gezeigten Ausführung sind die Durchgänge 13 als Bohrungen ausgeführt, die schräg zur der Drehachse 9 verlaufen. Die Durchgänge 13 können aber z. B. auch als Schlitze ausgeführt sein und parallel oder senkrecht zur Drehachse 9 verlaufen. Die Durchgänge 13 können außerdem denselben Querschnitt oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen und gleich oder unterschiedlich ausgerichtet sein.
Aus 5 geht besonders gut hervor, dass an der Vorderseite 3 des Klapperkörpers 2 zwei entlang der beiden Innenflächen 10 der Naben 4 bogenförmig verlaufende Vertiefungen 14 zur Umleitung der Strömung um die Naben 4 angeordnet sind. Die beiden nutartigen und im Querschnitt U-förmigen Vertiefungen 14 sind durch einen konvex gewölbten und sich von der Mitte des Klappenkörpers 2 zu den Außenseiten beidseitig verbreiternden Mittelsteg 15 voneinander getrennt. Durch die beiden bogenförmig verlaufenden Vertiefungen 14 werden zwischen den beiden Naben 4 Strömungskanäle gebildet, durch welche die Strömung um die Naben 4 herumgeleitet wird. In dem Mittelsteg 15 sind zwei diametral gegenüberliegende, in der Draufsicht V-förmige Einbuchtungen 16 vorgesehen, die vom Rand zur Mitte des Klappenkörpers 2 verlaufen. Dadurch weist der Klapperkörper 2 an seiner Vorderseite eine in der Draufsicht X-förmige Kontur zwischen den beiden Naben 4 auf. Diese Kontur trägt zur Strömungsoptimierung und auch zur Versteifung bei.
An der in 3 gezeigten Rückseite 6 weist der Klappenkörper 2 ebenfalls eine spezielle Konturierung mit gebogenen Rippen 17, einer zwischen den Rippen 17 angeordneten Einsenkung 18 und zwischen den Rippen 17 und der Außenseite des Klappenkörpers 2 angeordneten rückseitigen Einbuchtungen 19 auf. Die Rippen 17 liegen den Vertiefungen 14 auf der Vorderseite 3 gegenüber, während die Einsenkung 18 dem auf der Vorderseite angeordneten Mittelsteg 15 gegenüberliegt. Die Einsenkung 18 weist eine sich von der Mitte zu beiden Seiten vergrößernde Breite auf. Dadurch enthält der Klappenkörper 2 in einem entlang seiner Drehachse 9 durch die beiden Naben 4 verlaufenden Querschnitt eine in 4 erkennbare W-förmige Querschnittfläche. An der Rückseite des Klapperkörpers 2 ist außerdem eine ringförmige Vertiefung 20 zur Aufnahme der Dichtung 5 und des Halterings 8 vorgesehen.
In 6 ist erkennbar, dass die entlang der beiden Innenflächen 10 der Naben 4 bogenförmig verlaufenden Vertiefungen 14 eine von den beiden Rändern der Klappenkörpers 2 zur Mitte hin zunehmende Tiefe aufweisen. Die Tiefe der Vertiefungen 14 nimmt von den Rändern der Klappenkörpers 2 zur Nabe hin zu. In der Mitte der Nabe 4 weisen die Vertiefungen 14 die größte Tiefe auf.

Claims

Klappenscheibe (1) mit einem scheibenförmigen Klappenkörper (2), der eine Vorderseite (3) mit zwei gegenüber dieser vorstehenden Naben (4) und eine der Vorderseite (3) entgegengesetzte Rückseite (6) enthält, wobei an der Vorderseite (3) des Klappenkörpers (2) entlang einer Innenfläche (10) der beiden Naben (4) bogenförmig verlaufende Vertiefungen (14) zur Umleitung der Strömung um die Naben (4) und zwischen den Vertiefungen (14) angeordnete und vom Rand zur Mitte des Klapperkörpers (2) verlaufende Einbuchtungen (16) vorgesehen sind und wobei die Vertiefungen (14) und die Einbuchtungen (16) derart angeordnet sind, dass der Klapperkörper (22) an seiner Vorderseite (3) eine in der Draufsicht X-förmige Kontur zwischen den beiden Naben (4) aufweist.
Klappenscheibe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (14) durch einen Mittelsteg (15) voneinander getrennt sind.
Klappenscheibe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang der beiden Innenflächen (10) der Naben (4) verlaufenden Vertiefungen (14) eine von den beiden Rändern der Klappenkörpers (2) zur Mitte hin zunehmende Tiefe aufweisen.
Klappenscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rückseite (6) des Klapperkörpers (2) gebogene Rippen (17) angeordnet sind.
Klappenscheibe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Rückseite (6) des Klappenkörpers (2) angeordneten Rippen (17) den Vertiefungen (14) auf der Vorderseite (3) gegenüberliegen.
Klappenscheibe (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rippen (17) eine Einsenkung (18) mit einer sich von der Mitte zu beiden Seiten vergrößernden Breite angeordnet ist.
Klappenscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Klapperkörper in einem entlang seiner Drehachse (9) durch die beiden Naben (4) verlaufenden Querschnitt eine W-förmige Querschnittfläche enthält.
Klappenscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Innenflächen (10) der Naben (4) konvex ausgebildet sind.
Klappenscheibe (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Naben (4) einen elliptischen oder bikonvexen Querschnitt aufweisen und neben den einander zugewandten konvexen Innenflächen (10) auch konvexe Außenflächen (11) enthalten.
Klappenscheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Naben (4) durch diese verlaufende Durchgänge (13) angeordnet sind.
Klappenscheibe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgänge (13) parallel, rechtwinklig oder unter einem anderen Winkel zu einer Drehachse (9) des Klapperkörpers (2) ausgerichtet sind.
Klappenscheibe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den beiden Naben (4) mehrere unterschiedlich oder gleich ausgerichtete Durchgänge (13) angeordnet sind.
Klappenscheibe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgänge (13) in Form von Bohrungen oder in Form von Schlitzen ausgebildet sind.