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Die Erfindung betrifft ein Axial-Steuerventil zur Steuerung des Volumenstroms in einer Gasleitung, mit einem Gehäuse, in dem eine stromauf liegende Vorkammer, die außenseitig zumindest abschnittsweise von einer mit Durchlassöffnungen versehenen Ringwand begrenzt ist, und ein außerhalb der Ringkammer angeordneter weiterführender Kanal ausgebildet sind, und mit einem Ventilkörper, der innerhalb der Vorkammer verstellbar und mit einer Innenwandung der Ringwand in dichtende Anlage bringbar ist, wodurch zumindest einige der Durchlassöffnungen verschließbar sind.
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Ein entsprechendes Axial-Steuerventil dient zur zuverlässigen und präzisen Einstellung des Volumenstroms von gasförmigen Medien insbesondere in der Erdgas-Technologie.
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Ein Axial-Steuerventil bekannter Bauart besitzt ein Gehäuse, in dessen Gehäuse-Innenraum eine stromauf liegende Vorkammer ausgebildet ist, in die ein Gas beispielsweise aus einer Zuführleitung einströmen kann. Die Vorkammer ist zumindest abschnittsweise außenseitig von einer mit Durchlassöffnungen versehenen Ringwand begrenzt. Das Gas kann durch die Durchlassöffnungen hindurchströmen und tritt dann in einen außerhalb der Ringwand angeordneten, weiterführenden Kanal, der üblicherweise als Ringkanal ausgebildet ist, ein und strömt dann aus dem Gehäuse des Axial-Steuerventils aus.
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Im Inneren des Gehäuses ist ein Ventilgehäuse angeordnet, in dem ein Ventilkörper axial, d.h. in Richtung der Längsachse L des Axial-Steuerventils verstellt werden kann. Der Ventilkörper kann in die Vorkammer eingebracht werden und steht dann mit der Innenwandung der Ringwand in dichtender Anlage. In einer Freigabestellung ist der Ventilkörper soweit zurückgezogen, dass er keine oder nur sehr wenige der Durchlassöffnungen versperrt. Wenn der Ventilkörper axial verschoben wird, versperrt er zunehmend mehr der Durchlassöffnungen, so dass der Volumentstrom des Gases, der aus der Vorkammer in den weiterführenden Kanal eintreten kann, verringert ist. In einer Schließstellung deckt der Ventilkörper alle Durchlassöffnungen ab, so dass ein Volumenstrom unterbunden ist.
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Die Ringwand kann eine netzartige Struktur aufweisen oder die Durchlassöffnungen können als Bohrungen ausgebildet sein, die senkrecht zur Längsachse des Axial-Steuerventils und somit vollständig radial verlaufen.
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Das Gas tritt im wesentlichen in axialer Richtung in die Vorkammer ein, wird dann um 90° umgelenkt, um radial nach außen durch die Durchlassöffnungen zu strömen, und erfährt dann eine nochmalige Umlenkung um 90°, um in dem weiterführenden Kanal wiederum im wesentlichen in Richtung der Längsachse L bzw. parallel zu dieser in dem weiterführenden Kanal zu strömen. Insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten treten laute Strömungsgeräusche auf, die auch auf der Außenseite des Axial-Steuerventils deutlich wahrnehmbar sind und als unangenehm empfunden werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Axial-Steuerventil der genannten Art zu schaffen, bei dem die Geräuschentwicklung verringert ist.
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Dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Axial-Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Auch dabei ist vorgesehen, dass die Durchlassöffnungen als Bohrungen mit jeweils einer geraden Durchlassachse B ausgebildet sind, wobei die Durchlassachse B zumindest einiger Durchlassöffnungen und vorzugsweise aller Durchlassöffnungen unter einem Winkel α im Bereich von 20° bis 70° schräg zur Längsachse L des Axial-Steuerventils verläuft. Auf diese Weise ist erreicht, dass das in Axialrichtung in die Vorkammer eintretende Gas nicht um 90°, sondern nur um den Winkel a, der kleiner als 90° ist, umgelenkt wird und auch nach Durchströmen der Durchlassöffnung eine entsprechende Umlenkung von weniger als 90° erfährt, um dann wieder in Axialrichtung zu strömen. Es hat sich gezeigt, dass durch diese verringerten Umlenkungen eine deutliche Verringerung der Geräuschentwicklung infolge der Gasströmung gegeben ist.
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Die Durchlassöffnungen sind so ausgerichtet, dass ein radial außenliegender Austrittsquerschnitt der Durchlassöffnung in Axialrichtung zum stromab liegenden Ende des Axial-Streuerventils versetzt zur axialen Position des zugehörigen Eintrittsquerschnitts der Durchlassöffnung angeordnet ist.
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Vorzugsweise liegt der Winkel α im Bereich von 30° bis 60° und beträgt insbesondere 45°.
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Eine „Bohrung“ im Sinne der Erfindung ist jeder gradlinige Durchlass, der einen geraden, nicht gekrümmten Verlauf und eine gerade Längsachse bzw. Durchlassachse besitzt. Der Durchlass muss nicht durch einen Bohrvorgang hergestellt sein, sondern es können auch andere Herstellungsverfahren Anwendung finden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Durchlassachsen aller Durchlassöffnungen unter dem Winkel α zur Längsachse L des Steuerventils geneigt verlaufen.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ringwand auf ihrer der Vorkammer abgewandten Außenseite in einem Abstand a von einer weiteren Ringwand umgeben ist, in der weitere Durchlassöffnungen ausgebildet sind. Zwischen der inneren Ringwand und der äußeren weiteren Ringwand ist somit eine Zwischenkammer gebildet, die als Verwirbelungskammer dient, was eine zusätzliche Minderung der Geräuschentwicklung der Gasströmung zur Folge hat.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die weiteren Durchlassöffnungen ebenfalls als Bohrungen mit jeweils einer Durchlassachse ausgebildet sind, wobei die Durchlassachse zumindest einiger weiterer Durchlassöffnungen unter einem Winkel β im Bereich von 20° bis 70° zur Längsachse L des Steuerventils verläuft. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Durchlassachsen der Durchlassöffnungen der Ringwand parallel zu den Durchlassachsen der weiteren Durchlassöffnungen der äußeren Ringwand verlaufen.
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Um in der Zwischenkammer eine ausreichende Verwirbelung der Gasströmung zuverlässig zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass Austrittsquerschnitte der Durchlassöffnungen der Ringwand zu Eintrittsquerschnitten der weiteren Durchlassöffnung der weiteren Ringwand in Richtung der Längsachse des Axial-Steuerventils versetzt angeordnet sind, d.h. die aus einem Austrittsquerschnitt einer Durchlassöffnung der inneren Ringwand austretende Gasströmung erfährt eine geringfügige Umlenkung oder Ablenkung, bevor sie in den zugeordneten Eintrittsquerschnitt der weiteren Durchlassöffnung der weiteren Ringwand eintritt. Somit ist verhindert, dass die Durchlassöffnungen der inneren Ringwand mit den weiteren Durchlassöffnungen der äußeren weiteren Ringwand fluchten.
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Der Abstand a und somit die radiale Höhe der Zwischenkammer liegt vorzugsweise im Bereich von 2mm bis 20mm.
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Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass das Steuerventil der geschilderten Richtung durchströmt wird, sondern eine Umkehrung der Strömungsrichtung soll ebenfalls durch die Erfindung mit umfasst sein.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Axial-Steuerventil,
- 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der Durchlassöffnungen der Ringwand des Axial-Steuerventils gemäß 1,
- 3 eine Weiterbildung des Axial-Steuerventils gemäß 1 und
- 4 eine vergrößerte Detaildarstellung der Durchlassöffnungen der Ringwand des Axial-Steuerventils gemäß 3.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Axial-Steuerventil 10, das ein Gehäuse 11 aufweist, das einen Gehäuse-Innenraum 28 umschließt. Das Gehäuse 11 besitzt eine axiale Längsachse L und wird gemäß 1 von rechts nach links durchströmt, wie es durch die Pfeile in 1 angedeutet ist. Der Pfeil F zeigt die Strömungsrichtung an.
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Auf seiner stromauf liegenden, gemäß 1 rechten Seite besitzt das Gehäuse 11 eine Einströmöffnung 29, die von einem umlaufenden Flansch 12 umgeben ist, der zur Anbringung an eine Rohrleitung dient.
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An seinem entgegengesetzten, stromab liegenden, gemäß 1 linken Ende besitzt das Gehäuse 11 eine Ausströmöffnung 30, die von einem umlaufenden Flansch 13 umgeben ist, der zur Anbringung an eine weiterführenden Gasleitung dient.
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Im Gehäuse-Innenraum 28 des Gehäuses 11 ist ein Ventilgehäuse 17 angeordnet und über Stützen 15 und 16 am Gehäuse 11 so angebracht, dass zwischen der radialen Außenseite des Ventilgehäuses 17 und der inneren Wandung des Gehäuses 11 ein Ringkanal 19 gebildet ist.
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In dem Ventilgehäuse 17 ist ein Ventilkörper 24 längs der Längsachse L und somit axial verschieblich gelagert. 1 zeigt den Ventilkörper 24 in einer aus dem Ventilgehäuse 17 ausgeschobenen Stellung (untere Darstellung in 1) und in einer in das Ventilgehäuse 17 eingezogenen Stellung (obere Darstellung in 1).
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Auf der Außenseite des Ventilgehäuses 11 ist ein stutzenförmiger Ansatz 14 angeordnet, der in ein inneres Rohr 18 übergeht, das das Ventilgehäuse 11 durchgreift. In dem Rohr 18 und dem stutztenförmigen Ansatz 17 kann ein nicht dargestellter Spindeltrieb angeordnet sein, bei dessen Betätigung der Ventilkörper 24 in axialer Richtung hin und her bewegt werden kann.
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Auf der stromauf liegenden Seite unmittelbar hinter der Eintrittsöffnung 29 des Ventilgehäuses 11 ist eine Vorkammer 20 ausgebildet, die in dem Bereich zwischen dem Gehäuse 11 und dem Ventilgehäuse 17 von einer Ringwand 21 begrenzt ist. In der Ringwand 21 sind mehrere Durchlassöffnungen 22 vorgesehen, durch die ein in der Vorkammer 20 befindliches Gas in den weiterführenden Ringkanal 19 eintreten kann.
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Wie 1 zeigt, kann der Ventilkörper 24 in axialer Richtung innerhalb der Vorkammer 20 verstellt werden, wobei er mit einer Innenwandung 25 der Ringwand 21 in dichtender Anlage steht. Wenn sich der Ventilkörper 24 in seiner in der oberen Hälfte der Darstellung gemäß 1 dargestellten eingezogenen Position innerhalb des Ventilgehäuses 17 befindet, sind alle Durchlassöffnungen 22 der Ringwand 21 freigegeben. Je weiter der Ventilkörper 24 aus dem Ventilgehäuse 17 in axialer Richtung ausgefahren und in die Vorkammer 20 eingefahren wird, desto mehr Durchlassöffnungen 22 dichtet der Ventilkörper 24 ab. Auf diese Weise kann die Anzahl der Durchlassöffnungen 22 eingestellt werden, die von dem Gas durchströmt werden können, was einer Einstellung und Veränderung des Volumenstroms des Gases entspricht. In einer vollständig in die Vorkammer 20 ausgefahrenen Stellung dichtet der Ventilkörper 24 alle Durchlassöffnungen 22 der Ringwand 21 ab, so dass der Gasdurchlass gesperrt ist.
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Bei normalem Betrieb tritt das Gas an der gemäß 1 rechten Seite an der Eintrittsöffnung 29 in die Vorkammer 20 ein, durchströmt die geöffneten Durchlassöffnungen 20 der Ringwand 21 und tritt in den weiterführenden Ringkanal 19 ein. In dem Ringkanal 19 umströmt das Gas das Ventilgehäuse 17 in Richtung des stromab liegenden, gemäß 1 linken Endes des Gehäuses 11 und strömt an der Austrittsöffnung 30 aus diesem aus.
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2 zeigt die Ringwand 21 mit den Durchlassöffnungen 22 in vergrößerter Darstellung. Daraus ist ersichtlich, dass die Durchlassöffnungen 22 nicht senkrecht zur Längsachse L des Axial-Steuerventils 10, sondern in Strömungsrichtung schräg nach vorne geneigt verlaufen. Im Einzelnen:
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Es wird im Folgenden nur eine der Durchlassöffnungen 22 betrachtet, jedoch gilt für alle Durchlassöffnungen 22 grundsätzlich das Gleiche.
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Die Durchlassöffnung 22 ist als Bohrung mit einer Durchlassachse B ausgebildet. Die Durchlassachse B schneidet die Längsachse L unter einem Winkel α, der zwischen 20° und 70° und insbesondere zwischen 30° und 60° liegt. Vorzugsweise beträgt der Winkel α 45°. Der Winkel α ist dabei derjenige spitze Winkel, der der kleinere der beiden Winkel ist, die auf der der Eintrittsöffnung 29 abgewandten Seite der Durchlassachse B liegen. Das durch die Eintrittsöffnung 29 ist die Vorkammer 20 in axialer Richtung einströmende Gas wird somit unter dem Winkel α abgelenkt und strömt durch die schräg ausgerichteten Durchlassöffnungen 22. Ein radial innen liegender Eintrittsquerschnitt der Durchlassöffnung 22 liegt der Einströmöffnung 29 des Gehäuses 11 näher als der zugehörige, radial außen liegenden Austrittsquerschnitt der jeweiligen Durchlassbohrung.
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Die 3 und 4 zeigen eine Weiterbildung der Ausgestaltung des Axial-Steuerventils 10 gemäß den 1 und 2. Die Weiterbildung unterscheidet sich von dem bisher dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Ringwand 21 auf ihrer der Vorkammer 20 abgewandten, radial äußeren Seite in einem Abstand a von einer weiteren Ringwand 26 umgeben ist, in der weitere Durchlassöffnungen 27 ausgebildet sind. Der Abstand a liegt im Bereich von 2mm bis 20mm und zwischen der radial inneren Ringwand 21 und der radial äußeren weiteren Ringwand 22 ist somit eine Verwirbelungskammer 31 gebildet.
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Auch die weiteren Durchlassöffnungen 27 der weiteren Ringwand 26 sind als Bohrungen mit einer Durchlassachse B' ausgebildet. Die Durchlassachse B' zumindest einiger weiterer Durchlassöffnungen 27 und vorzugsweise aller weiterer Durchlassöffnungen 27 verlaufen unter einem Winkel β im Bereich von 20° bis 70° und vorzugsweise von 45° zur Längsachse L des Axial-Steuerventils 10. Wie 4 zeigt, verlaufen die Durchlassachsen B der Durchlassbohrungen 22 der Ringwand 21 im Längsschnitt gesehen parallel zu den Durchlassachsen B' der weitern Durchlassöffnungen 27 der weitern Ringwand 26.
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Die Durchlassöffnungen 22 der radial inneren Ringwand 21 und die weiteren Durchlassöffnungen 27 der radial äußeren weitern Ringwand 26 fluchten jedoch nicht miteinander, sondern die Austrittsquerschnitte 28 der Durchlassöffnungen 22 der radial inneren Ringwand 21 sind zu den Eintrittsquerschnitten 29 der weiteren Durchlassöffnungen 27 der weiteren Ringwand 26 in Richtung der Längsachse L des Steuerventils 10 versetzt angeordnet, wie es in 4 gezeigt ist.
