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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Wasserleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Ventilanordnung ist aus
DE 10 2015 108 478 A1 bekannt. Dort ist am Ausgang eines als Ringkolbenventil ausgeführten Druck- und/oder Durchflussregelventils eine als Düse ausgebildete Drosseleinrichtung zur Reduzierung der Kavitation angeordnet. Die direkt an der Auslassöffnung des Ventilgehäuses angeordnete Düse weist eine zentrale Durchgangsöffnung mit einem sich in Strömungsrichtung verengenden Querschnitt und mehrere von der zentralen Durchgangsöffnung abzweigende radiale Durchlässe auf. Durch eine solche Düse kann nicht nur ein die Kavitation reduzierender Rückdruck im Druck- und/oder Durchflussregelventil erzeugt, sondern auch sichergestellt werden, dass die Strömung in einer an das Druck- und/oder Durchflussregelventil anschließenden Rohrleitung zu einer Innenwand eines die Düse umgebenden Gehäuses oder Rohrs gelenkt wird und möglichst turbulenzfrei wieder anliegt. Dadurch können Schwingungen verringert und die Kavitationsneigung der Druck- und/oder Durchflussregelventils reduziert werden.
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Als Ringkolbenventile ausgebildete Druck- und Durchflussregelventile 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. Zur Verringerung der Kavitationserscheinungen können bei bestimmten Anwendungen auch 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 Belüftungseinrichtungen platziert werden, da das abströmseitige Rohrleitungssystem durch die eingeschlossene Luft zu Druckschwingungen angeregt wird.
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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.
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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.
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Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist die dem Druck- und/oder Durchflussregelventil in Strömungsrichtung nachgeordnete Drosseleinrichtung an einem Ausgang einer an das Druck- und/oder Durchflussregelventil austrittsseitig angeschlossenen Ablaufleitung angeordnet und weist ein mit radialen Austrittsdurchlässen versehenes Außenrohr sowie ein innerhalb des Außenrohrs unter Bildung eines Zwischenraums angeordnetes Innenrohr mit radialen Durchgangsöffnungen auf. Innerhalb der Drosseleinrichtung wird die Strömung des in die Drosseleinrichtung einströmenden Mediums umgelenkt, so dass die Druckenergie abgebaut und ein die Kavitationsneigung des Ventils reduzierender Rückdruck innerhalb der Ablaufleitung und am Ausgang des Druck- und/oder Durchflussregelventils erzeugt werden kann. Außerdem kann die Belastung der auf das Druck- und/oder Durchflussregelventil folgenden Ablaufleitung verringert und der Auslauf in ein Beruhigungsbecken oder dgl. besser kontrolliert werden. Das Beruhigungsbecken wird nicht so stark durchgemengt und kann damit kompakter dimensioniert werden.
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In einer strömungstechnisch günstigen Ausführung sind die Austrittsdurchlässe im Außenrohr gegenüber den Durchgangsöffnungen im Innenrohr axial in Richtung einer Längsachse der Drosseleinrichtung versetzt, so dass das durch die Durchgangsöffnungen in den Zwischenraum strömende Wasser erst nach einer erneuten Umlenkung zu den Austrittsdurchlässen im Außenrohr gelangen kann. Dadurch werden eine besonders effektive Strömungsumlenkung und eine besonders gute Energievernichtung erreicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann an der Eintrittsseite des Innenrohrs ein konischer Einlaufbereich vorgesehen sein. Die Austrittsdurchlässe im Außenrohr und die Durchgangsöffnungen im Innenrohr können eine runde, längliche, eckige oder asymmetrische Form aufweisen. Zur Entwässerung bei Betriebsstillstand können in dem Innenrohr außerdem Entwässerungsbohrungen angeordnet sein
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An dem unteren Ende kann die Drosseleinrichtung in einer weiteren vorteilhaften Ausführung einen Halteflansch zur Befestigung auf einem Boden eines Beruhigungsbeckens oder einer anderen Unterlage enthalten. Dadurch können die Strömungs- und Rohrleitungskräfte aufgenommen werden.
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Die Drosseleinrichtung kann auch ein integriertes Einbaustück mit einem in ein Rohrstück am Ende der Ablaufleitung verschiebbar eingesteckten und über eine Dichtung radial abgedichteten Verbindungsrohr aufweisen. Dadurch können bauliche Toleranzen ausgeglichen werden. Die Dichtung kann in einem auf dem Verbindungsrohr verschiebbaren Verbindungsflansch angeordnet sein.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung kann in dem Innenrohr ein zwischen einer Schließstellung zum Verschließen der Durchgangsöffnungen und einer Öffnungsstellung zum Öffnen der Durchgangsöffnungen axial verschiebbarer Kolben angeordnet sein, der zweckmäßigerweise durch das in die Drosseleinrichtung einströmende Wasser in die Öffnungsstellung und durch eine Feder in die Schließstellung bewegbar ist. Dadurch muss das anströmende Wasser zunächst einen Federduck überwinden, bevor es über die Drosseleinrichtung abfließen kann. Auf diese Weise wird schon bei einem geringen Durchfluss ein die Kavitation verringernder Rückdruck am Druck- und/oder Durchflussregelventil erzeugt. Mit steigendem Öffnungsgrad des Druck- und/oder Durchflussregelventils steigt auch der Druck auf den Kolben in der Drosseleinrichtung, so dass mit zunehmendem Druck mehr Durchgangsöffnungen für den Durchfluss freigegeben werden. Während bei einer Drosseleinrichtung ohne einen solchen Kolben der Rückdruck mit dem Quadrat der Geschwindigkeit steigt, kann durch einen zusätzlichen Kolben ein nahezu gleichmäßiger Rückdruck am Druck- und/oder Durchflussregelventil erzeugt werden. Damit kann die Belastung und die Kavitationsneigung des Druck- und/oder Durchflussregelventils verringert werden.
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Der Kolben ist zweckmäßigerweise auf einer in dem Innenrohr zentral angeordneten Führungsstange verschiebbar geführt und wird in der Schließstellung von der Feder gegen ein am oberen Ende der Führungsstange angeordnetes Anschlagstück gedrückt.
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Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung zur Steuerung des Wasserablasses mit einem Druck- und/oder Durchflussregelventil und einer Drosseleinrichtung;
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Drosseleinrichtung in einer Perspektive;
- 3 die Drosseleinrichtung von 2 in einer Schnittansicht;
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Drosseleinrichtung mit einen Drosselkörper in einer geschlossenen Stellung und
- 5 die Drosseleinrichtung von 4 mit dem Drosselkörper in einer geöffneten Stellung.
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In 1 ist eine Ventilanordnung zur Steuerung des Wasserablasses in einem Turbinen-Bypass gezeigt. Die Ventilanordnung umfasst ein hier als Ringkolbenventil ausgebildetes Druck- und/oder Durchflussregelventil 1 und eine dem Druck- und/oder Durchflussregelventil 1 in Strömungsrichtung nachgeordnete Drosseleinrichtung 2, die an einem Ausgang 3 einer an eine Austrittsseite 4 des Druck- und/oder Durchflussregelventils 1 angeschlossenen und zu einem Beruhigungsbecken 5 oder dgl. führenden Ablaufleitung 6 angeordnet ist. Die Ablaufleitung 6 wir bei der gezeigten Ausführung durch einen an der Austrittsseite 4 des Druck- und/oder Durchflussregelventils angeschlossenen Krümmer 7, an den Krümmer 7 anschließende gerade Rohrstücke 8 und 9 und ein Ausbaustück 10 am Ausgang 3 der Ablaufleitung 6 gebildet. An einer Eintrittsseite 11 ist das Druck- und/oder Durchflussregelventil 1 an eine hier nicht gezeigte Wasserleitung angeschlossen.
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In den 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Drosseleinrichtung 2 zur Erzeugung eines Rückdrucks am Ausgang des Druck- und/oder Durchflussregelventils 1 gezeigt. Die mit einem oberen Anschlussflansch 12 und einem unteren Halteflansch 13 versehene Drosseleinrichtung 2 weist ein mit radialen Austrittsdurchlässen 14 versehenes Außenrohr 15 und ein innerhalb des Außenrohrs 15 unter Bildung eines Zwischenraums 16 angeordnetes Innenrohr 17 mit radialen Durchgangsöffnungen 18 auf. Zwischen dem oberen Anschlussflansch 12 und einer Eintrittsöffnung 19 des hier zylindrisch ausgeführten Innenrohrs 17 ist ein konischer Einlaufbereich 20 vorgesehen. Die hier als Löcher mit einem runden Querschnitt ausgebildeten Durchgangsöffnungen 18 sind in der an den Einlaufbereich 20 angrenzenden oberen Hälfte des Innenrohrs 17 angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 18 können aber auch eine andere Form aufweisen.
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Das um das Innenrohr 17 angeordnete Außenrohr 15 enthält einen unteren zylindrischen Bereich und einen oberen konischen Bereich, der den zwischen dem Außenrohr 15 und dem Innenrohr 17 gebildeten ringförmigen Zwischenraum 16 nach oben abschließt. An der Unterseite wird der Zwischenraum 16 durch den unteren Halteflansch 13 abgeschlossen. Die hier als Langlöcher ausgebildeten Austrittsdurchlässe 14 sind in dem zylindrischen Bereich des Außenrohrs 15 unterhalb der Durchgangsöffnungen 18 angeordnet. Auch die Austrittsdurchlässe 14 können eine unterschiedliche Form ausweisen. Zweckmäßigerweise weisen die Austrittsdurchlässe 14 im Außenrohr 15 eine größere oder gleich große Querschnittsfläche wie alle Durchgangsbohrungen 18 im Innenrohr 17 auf. Über Bohrungen 21 in dem unteren Halteflansch 13 kann die Drosseleinrichtung 2 z.B. an einem Boden 5 eines Beruhigungsbeckens oder auf einer anderen festen Unterlage befestigt werden. Auch in dem oberen Anschlussflansch 12 sind Bohrungen 22 zur Verbindung der Drosseleinrichtung 2 mit der Ablaufleitung vorgesehen.
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Wie besonders aus 3 hervorgeht, sind die Austrittsdurchlässe 14 im Außenrohr 15 gegenüber den Durchgangsöffnungen 18 im Innenrohrs 17 axial in Richtung einer Längsachse 23 der Drosseleinrichtung 2 derart versetzt, dass das durch die Durchgangsöffnungen 18 in den Zwischenraum 16 strömende Wasser erst nach einer erneuten Umlenkung zu den Austrittsdurchlässen 14 im Außenrohr 15 gelangen kann. Das in das Innenrohr 17 axial einströmende Wasser muss innerhalb des Innerohrs 17 zunächst umgelenkt werden, bevor es durch die radialen Durchgangsöffnungen 18 in den Zwischenraum 16 gelangt kann. Durch den axialen Versatz der Durchgangsöffnungen 18 gegenüber den Austrittsdurchlässen 14 muss das in den Zwischenraum 16 einströmende Wasser dann erneut umgelenkt werden, bevor es über die Austrittsdurchlässe 14 im Außenrohr 15 nach außen strömen kann. Dadurch kann die Energie besonders effektiv abgebaut werden und eine Erhöhung des Drucks innerhalb der Ablaufleitung zur Verhinderung von Kavitation wird erreicht. Durch mehrere an der Sohle des Innenrohrs 17 über den Umfang verteilt angeordnete Entwässerungsbohrungen 24 wird außerdem eine Entwässerung bei Betriebsstillstand ermöglicht.
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In 3 ist auch das Ausbaustück 10 gezeigt, über welches die vorstehend beschriebene Drosseleinrichtung 2 am Ende der Ablaufleitung 6 angeschlossen ist. Dieses Ausbaustück 10 enthält ein mittels eines Flanschs 25 an dem Anschlussflansch 12 der Drosseleinrichtung 2 befestigtes Verbindungsrohr 26, das in das Rohrstück 9 der Ablaufleitung 6 verschiebbar eingesteckt und über eine Dichtung 27 radial abgedichtet ist. Die als Vierlippendichtung (Quadring) ausgebildete Dichtung 27 sitzt in einem Verbindungsflansch 28, der verschiebbar auf dem Verbindungsrohr 26 angeordnet und mit einem Endflansch 29 des Rohrstücks 9 fest verbunden ist. Dadurch können bauliche Toleranzen ausgeglichen werden.
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In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Drosseleinrichtung 2 zur Erzeugung eines Rückdrucks am Ausgang des in 1 gezeigten Druck- und/oder Durchflussregelventils 1 dargestellt. Diese Drosseleinrichtung 2 weist im Wesentlichen denselben Grundaufbau wie bei der zuvor beschriebenen Ausführung auf. Einander entsprechende Bauteile sind daher auch mit denselben Bezugszeichen versehen und werden im Folgenden nicht nochmals im Einzelnen beschrieben.
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Im Unterschied zur vorherigen Ausführung ist bei der in 4 und 5 gezeigten Ausführung innerhalb des Innenrohrs 17 ein durch eine Feder 30 entgegen der Durchströmungsrichtung beaufschlagter Kolben 31 angeordnet. Der Kolben 31 ist innerhalb des Innenrohrs 17 axial verschiebbar geführt und wird durch die zwischen dem Kolben 31 und dem unteren Halteflansch 13 eingespannte Feder 30 in eine in 4 gezeigte Schließstellung gedrückt. Zentral innerhalb des Innenrohrs 17 befindet sich eine auf dem unteren Halteflansch 13 abgestützte, zur Längsachse 23 der Drosseleinrichtung koaxiale Führungsstange 32, auf der die hier als Spiralfeder ausgebildete Feder 30 und der Kolben 31 geführt sind. Bei der in 4 gezeigten Schließstellung wird der Kolben 31 von der Feder 30 gegen ein am oberen Ende der Führungsstange 32 angeordnetes Anschlagstück 33 gedrückt. In dieser Schließstellung liegt der Kolben 31 oberhalb der Durchgangsöffnungen 18, so dass die Durchgangsöffnungen 18 vom dem Kolben 31 verschlossen sind.
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Durch das in die Drosseleinrichtung 2 einströmende Wasser wird der Kolben 31 entgegen der Kraft der Feder 30 nach unten gedrückt und gibt in Abhängigkeit vom Druck des einströmenden Wassers mehr oder weniger Durchgangsöffnungen 18 frei. Dadurch kann ein nahezu gleichmäßiger Rückdruck am Druck- und/oder Durchflussregelventil 1 erzeugt werden. Die Feder 30 kann je nach Einsatz eine lineare oder progressive Federkennlinie aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015108478 A1 [0002]
