DE102019108090B4

DE102019108090B4 - valve device

Info

Publication number: DE102019108090B4
Application number: DE102019108090.8A
Authority: DE
Inventors: Olaf Tebbenhoff; Viktor Schäfer; Andreas Hellmann; Carsten Püttbach
Original assignee: Welland and Tuxhorn AG
Current assignee: Welland and Tuxhorn AG
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2023-08-17
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: WO2020193702A1; DE102019108090A1

Abstract

Ventileinrichtung (1), umfassend- ein sich entlang einer Mittelachse (2) erstreckendes Gehäuse (3),- einen Eintrittsstutzen (4) zur Einleitung eines Fluidstroms (5) in das Gehäuse (3),- einen beweglichen Kolben (6) sowie einen dem Kolben (6) zugeordneter Dichtsitz (7),- ein in dem Gehäuse (3) angeordnetes, rotationssymmetrisches Strömungselement (8) zur Behandlung des Fluidstroms (5), sowie- eine Einspritzeinrichtung (9) zur Einspritzung eines Kühlfluids, wobei mittels des Kolbens (6) in Zusammenwirkung mit dem Dichtsitz (7) der Fluidstrom (5) regulierbar ist,wobei das Strömungselement (8) eine Mehrzahl von Strömungskanälen (10) aufweist, durch die hindurch zumindest ein Teil des Fluidstroms (5) leitbar, im Zuge dessen beschleunigbar und auf diese Weise lokal in Zerstäubungsströme (12) überführbar ist,wobei das Strömungselement (8) derart relativ zu der Einspritzeinrichtung (9) angeordnet ist, dass das Kühlfluid in die Zerstäubungsströme (12) einspritzbar ist,wobei das Strömungselement (8) einen in einen Strömungsbereich des Fluidstroms (5) ragenden, umlaufenden Zuleitabschnitt (13) aufweist, mittels dessen ein Teil des Fluidstroms (5) fangbar und dem Zuleitabschnitt (13) zugeordneten Strömungskanälen (10) zuleitbar ist,wobei eine Innenwandung (14) des Gehäuses (3) einen dem Zuleitabschnitt (13) zugeordneten, sich radial in Richtung der Mittelachse (2) erstreckenden, umlaufenden Ringvorsprung (15) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dassmittels des Ringvorsprungs (15) zumindest ein Teil des Fluidstroms (5) in Richtung des Zuleitabschnitts (13) des Strömungselements (8) lenkbar ist.Valve device (1), comprising - a housing (3) extending along a central axis (2), - an inlet connection (4) for introducing a fluid flow (5) into the housing (3), - a movable piston (6) and a sealing seat (7) assigned to the piston (6), - a rotationally symmetrical flow element (8) arranged in the housing (3) for treatment of the fluid flow (5), and - an injection device (9) for injecting a cooling fluid, with the piston (6) the fluid flow (5) can be regulated in cooperation with the sealing seat (7), the flow element (8) having a plurality of flow channels (10) through which at least part of the fluid flow (5) can be routed, in the course of which can be accelerated and in this way locally converted into atomization flows (12), the flow element (8) being arranged relative to the injection device (9) in such a way that the cooling fluid can be injected into the atomization flows (12), the flow element (8) having a has a peripheral feed section (13) projecting into a flow area of the fluid stream (5), by means of which part of the fluid stream (5) can be caught and can be fed to flow channels (10) assigned to the feed section (13), an inner wall (14) of the housing ( 3) has a peripheral annular projection (15) associated with the feed section (13) and extending radially in the direction of the central axis (2), characterized in that the annular projection (15) directs at least part of the fluid flow (5) in the direction of the feed section ( 13) of the flow element (8) can be steered.

Description

EinleitungIntroduction

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Ventileinrichtung, insbesondere in Form eines Regelventils für Kraftwerke, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present application relates to a valve device, in particular in the form of a control valve for power plants, according to the preamble of claim 1.

Die Ventileinrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem die übrigen Bestandteile der Ventileinrichtung angeordnet sind. Das Gehäuse erstreckt sich entlang einer Mittelachse und ist - abgesehen von Anschlussleitungen und dergleichen - typischerweise zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezogen auf die Mittelachse ausgebildet. Die Ventileinrichtung umfasst einen beweglichen Kolben, der dazu geeignet ist, dichtend mit einem zugeordneten Dichtsitz zusammenzuwirken. Insbesondere kann der Kolben zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung überführbar sein, wobei eine Durchströmung der Ventileinrichtung bei Vorliegen des Kolbens in dessen Schließstellung verhindert ist und bei Vorliegen des Kolbens in seiner Offenstellung ein von dem Dichtsitz begrenzter Strömungsquerschnitt freigegeben ist, sodass ein Fluidstrom durch die Ventileinrichtung hindurch leitbar ist. Vorzugsweise ist der Kolben in beliebig vielen Zwischenpositionen relativ zu dem Dichtsitz arretierbar, wodurch ein Betrag des Fluidstroms regelbar ist.The valve device includes a housing in which the remaining components of the valve device are arranged. The housing extends along a central axis and—apart from connection lines and the like—is typically at least essentially rotationally symmetrical in relation to the central axis. The valve device comprises a movable piston which is suitable for sealingly interacting with an associated sealing seat. In particular, the piston can be transferred between a closed position and an open position, flow through the valve device being prevented when the piston is in its closed position and when the piston is in its open position, a flow cross section limited by the sealing seat is released, so that a fluid flow through the valve device can be passed through. The piston can preferably be locked in any number of intermediate positions relative to the sealing seat, as a result of which the amount of the fluid flow can be regulated.

Innerhalb des Gehäuses ist eine Einspritzeinrichtung angeordnet, mittels der ein Kühlfluid in den Fluidstrom einspritzbar ist. Weiterhin umfasst die Ventileinrichtung ein Strömungselement, das eine Mehrzahl von Strömungskanälen umfasst. Das Strömungselement ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet und in aller Regel mit seiner Symmetrieachse deckungsgleich zu der Mittelachse des Gehäuses ausgerichtet. Die Strömungskanäle sind vorzugsweise umlaufend verteilt an dem Strömungselement angeordnet. An den Strömungskanälen wird der Fluidstrom lokal eingeschnürt, dabei beschleunigt und durch die Strömungskanäle weitergeleitet. Hierbei wird zumindest ein Teil des Fluidstroms beschleunigt und auf diese Weise in eine der Anzahl der Strömungskanäle entsprechende Anzahl von Zerstäubungsströmen überführt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird. Das Strömungselement ist dabei derart relativ zu der Einspritzeinrichtung angeordnet, dass die Einspritzung des Kühlfluids in die Zerstäubungsströme erfolgt. Hierdurch wird eine Zerstäubung des Kühlfluids, das typischerweise von Wasser gebildet ist, erzielt.An injection device is arranged inside the housing, by means of which a cooling fluid can be injected into the fluid flow. Furthermore, the valve device includes a flow element that includes a plurality of flow channels. The flow element is preferably designed to be rotationally symmetrical and, as a rule, is aligned with its axis of symmetry congruent with the central axis of the housing. The flow channels are preferably distributed circumferentially on the flow element. The fluid flow is locally constricted at the flow channels, thereby accelerated and passed on through the flow channels. At least part of the fluid flow is accelerated and in this way converted into a number of atomized flows corresponding to the number of flow channels, with the flow speed being increased. The flow element is arranged relative to the injection device in such a way that the cooling fluid is injected into the atomization flows. This achieves atomization of the cooling fluid, which is typically water.

Stand der TechnikState of the art

Ventileinrichtungen der eingangs beschriebenen Art sind im Stand der Technik bereits bekannt. Sie werden insbesondere in Kraftwerken als sog. Bypassventile verwendet, um einen Fluidstrom, der typischerweise von einem unter Druck stehenden, heißen Dampfstrom gebildet ist, an einer Turbine des Kraftwerks vorbeizuführen. Die Einspritzung des Kühlfluids dient dazu, die thermische Energie des Fluidstroms abzubauen, das heißt insbesondere seine Temperatur zu senken. Die Temperatur des Fluidstroms bewegt sich typischerweise in einem Bereich zwischen 400°C und 650°C bei einem Druck von über 50 bar, typischerweise von über 100 bar.Valve devices of the type described above are already known in the prior art. They are used in particular in power plants as so-called bypass valves in order to guide a fluid flow, which is typically formed by a pressurized, hot steam flow, past a turbine of the power plant. The purpose of injecting the cooling fluid is to dissipate the thermal energy of the fluid flow, that is to say in particular to lower its temperature. The temperature of the fluid stream typically ranges between 400°C and 650°C at a pressure in excess of 50 bar, typically in excess of 100 bar.

In der Praxis hat sich das Problem ergeben, dass der Fluidstrom mit kleinen Partikeln beladen sein kann. Dies kann beispielsweise infolge von Korrosionsprozessen in Rohrleitungen des Kraftwerks der Fall sein. Infolge der Korrosion lösen sich einzelne Partikel von den Rohrleitungen ab und werden sodann in dem Fluidstrom mit- und schließlich in die Ventileinrichtung eingetragen. In der Ventileinrichtung wirken derartige Partikel hoch abrasiv, sodass die Ventileinrichtungen vergleichsweise schnell zerstört werden.In practice, the problem has arisen that the fluid flow can be loaded with small particles. This can be the case, for example, as a result of corrosion processes in the pipelines of the power plant. As a result of the corrosion, individual particles become detached from the pipelines and are then carried along in the fluid flow and finally into the valve device. Such particles have a highly abrasive effect in the valve device, so that the valve devices are destroyed comparatively quickly.

Daraus ergibt sich, dass zwecks Erhöhung der Standzeit einer jeweiligen Ventileinrichtung im Allgemeinen eine Konstruktion hervorgebracht werden muss, die robuster ist als die bisherigen Ventileinrichtungen. Die Forderung nach einer größeren Robustheit führte zu der Überlegung, die Verwendung relativ zueinander beweglicher Teile zu reduzieren. Bei Ventileinrichtungen des Standes der Technik ist es üblich, eine Regulierung des Fluidstroms mittels einer bestimmten Ausgestaltung des Kolbens zu bewerkstelligen, der in verschiedenen Stellungen relativ zu dem Dichtsitz positionierbar ist. Hierbei wird je nach Stellung des Kolbens bezogen auf den Dichtsitz eine unterschiedliche Querschnittsfläche, die dem Fluidstrom insgesamt zum Passieren des Dichtsitzes zur Verfügung steht, freigegeben. Die Bewegung des Kolbens dient mithin zu Regulierung des Betrages des Fluidstroms durch die Ventileinrichtung. Diese bekannte Lösung hat sich angesichts des hohen abrasiven Verschleißes als ungeeignet erwiesen, da der Kolben, der insbesondere mit einem perforierten Zylinder ausgestattet ist, den abrasiven Beanspruchungen in Versuchen nicht standzuhalten vermochte.It follows from this that, in order to increase the service life of a respective valve device, a construction must generally be produced which is more robust than the previous valve devices. The demand for greater robustness led to the consideration of reducing the use of relatively moving parts. It is common in prior art valve assemblies to effect regulation of fluid flow by means of a particular configuration of the piston which is positionable in various positions relative to the sealing seat. Depending on the position of the piston relative to the sealing seat, a different cross-sectional area is released that is available for the fluid flow to pass through the sealing seat. The movement of the piston thus serves to regulate the amount of fluid flow through the valve means. This known solution has proven to be unsuitable in view of the high level of abrasive wear, since the piston, which is equipped in particular with a perforated cylinder, was unable to withstand the abrasive stresses in tests.

Mit einem Wegfall der beschriebenen Regulierungsmöglichkeit, auf die sodann verzichtet wurde, hatte es sich als problematisch herausgestellt, für unterschiedliche Beträge des Fluidstroms eine zufriedenstellende Zerstäubung des eingespritzten Kühlfluids bereitzustellen. Mittels der Regulierungsmöglichkeit im Stand der Technik konnte Strömungskanälen, die zur Erzeugung entsprechender Zerstäubungsströme verantwortlich sind, gezielt ein Zerstäubungsstromanteil zugewiesen werden, sodass das Problem nicht in derselben Weise auftrat.With the abolition of the control facility described, which was then dispensed with, it had proved problematic to provide satisfactory atomization of the injected cooling fluid for different amounts of fluid flow. By means of the regulation option in the prior art, an atomization flow component could be assigned in a targeted manner to flow channels which are responsible for generating corresponding atomization flows, so that the problem did not arise in the same way.

Das US Patent 6 715 505 B2 offenbart ein Dampfdruckreduzier- und - konditionierventil mit einer ersten Öffnung zum Einströmen von überhitztem Dampf, einem Körper mit einem zylindrischen Diffusor mit einem Boden, in dem kleine Löcher an der Seite verstreut sind, und einer zweiten Öffnung zum Abgeben von drucklosem Dampf durch den Diffusor und zum Zuführen von Feuchtigkeit von einer oder mehreren Düsen zu dem drucklosen Dampf, wobei ein Vorsprung nach innen in einen Dampfabgabeweg des Körpers zwischen Dampf durch den Diffusor und Zuführung von Feuchtigkeit aus einer oder mehreren Düsen zu dem drucklosen Dampf, wobei ein Vorsprung in einem Dampfaustrittspfad des Körpers zwischen dem Diffusor und dem Feuchtigkeitszuführabschnitt nach innen ragt und so strukturiert ist, dass der aus dem kleinen Loch austretende drucklose Dampf aus dem kleinen Loch austretende Dampf durch diesen Vorsprung in dem Körper konzentriert wird, in das Innere des Vorsprungs geleitet wird, wodurch die Geschwindigkeit des Dampfes erhöht wird, und dann durch Zufuhr von unterkühltem Wasser in den Dampf entspannt wird.The U.S. Patent 6,715,505 B2 discloses a steam pressure reducing and conditioning valve having a first port for inflow of superheated steam, a body having a cylindrical diffuser with a bottom in which small holes are scattered along the side, and a second port for discharging unpressurized steam through the diffuser and for supplying moisture from one or more nozzles to the unpressurized steam, with a projection inward in a steam discharge path of the body between steam through the diffuser and supplying moisture from one or more nozzles to the unpressurized steam, with a projection in a steam exit path of Body protrudes inward between the diffuser and the moisture supply section and is structured so that the non-pressurized steam exiting the small hole is concentrated in the body through this projection, is guided to the inside of the projection, thereby increasing the speed of the steam is increased and then expanded by supplying supercooled water into the steam.

Weiterhin wird auf die Druckschriften US 8 978 706 B2 und WO 97/ 03 313 A1 verwiesen, die jeweils gattungsgemäße Ventileinrichtungen offenbaren.Furthermore, reference is made to the pamphlets U.S. 8,978,706 B2 and WO 97/03313 A1 referenced, each of which disclose generic valve devices.

AufgabeTask

Daher ergab sich die Aufgabe, eine robuste Ventileinrichtung bereitzustellen, mittels der für stark unterschiedliche Beträge des Fluidstroms eine zuverlässige Zerstäubung des Kühlfluids möglich ist.The task therefore arose of providing a robust valve device by means of which reliable atomization of the cooling fluid is possible for widely differing amounts of the fluid flow.

LösungSolution

Die zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Ventileinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 14.The underlying object is achieved according to the invention by means of a valve device with the features of claim 1. Advantageous configurations result from subclaims 2 to 14.

Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement einen in einen Strömungsbereich des Fluidstroms ragenden, umlaufenden Zuleitabschnitt aufweist, mittels dessen ein Teil des Fluidstroms fangbar und gezielt dem Zuleitabschnitt zugeordneten Strömungskanälen zuleitbar ist. Zudem weist eine Innenwandung des Gehäuses einen dem Zuleitabschnitt zugeordneten, sich radial in Richtung der Mittelachse erstreckenden, umlaufenden Ringvorsprung auf, mittels dessen zumindest ein Teil des Fluidstroms von der Innenwandung des Gehäuses weg in Richtung des Zuleitabschnitts des Strömungselements lenkbar ist.The valve device according to the invention is characterized in that the flow element has a peripheral feed section projecting into a flow area of the fluid flow, by means of which part of the fluid flow can be caught and directed to flow channels assigned to the feed section. In addition, an inner wall of the housing has a circumferential annular projection assigned to the feed section and extending radially in the direction of the central axis, by means of which at least part of the fluid flow can be directed away from the inner wall of the housing in the direction of the feed section of the flow element.

Mit anderen Worten sieht die Erfindung vor, dass der Fluidstrom gezielt einem Zuleitabschnitt des Strömungselements zugeleitet wird, der über eine Mehrzahl von Strömungskanälen verfügt. Diese Strömungskanäle dienen dazu, den jeweiligen Anteil des Fluidstroms („Zerstäubungsstromanteil“), der dem Zuleitabschnitt zugeleitet wird, zu beschleunigen und in die Zerstäubungsströme zu überführen. Mittels der erfindungsgemäßen Abstimmung der Geometrie des Zuleitabschnitts auf die Ausbildung des Ringvorsprungs der Innenwandung des Gehäuses ist nunmehr die Möglichkeit geschaffen, den Fluidstrom zu einem zuverlässig hohen Anteil den Strömungskanälen des Zuleitabschnitts zuzuleiten, sodass der mittels des Zuleitabschnitts verarbeitete Zerstäubungsstromanteil des Fluidstroms nennenswert beschleunigt wird. Die Abstimmung der Geometrien von Innenwandung des Gehäuses und Zuleitabschnitt des Strömungselements bewirken zudem, dass dem Zuleitabschnitt selbst dann ein ausreichender großer Zerstäubungsstromanteil zugeleitet wird, wenn der Betrag des Fluidstroms insgesamt, der die Ventileinrichtung durchströmt, vergleichsweise gering ist. Somit hat es sich in Versuchen gezeigt, dass der Zerstäubungsstromanteil, der durch die Strömungskanäle des Zuleitabschnitts geleitet wird, unabhängig von dem Betrag des gesamten Fluidstroms oberhalb von 20 % des Fluidstroms gehalten werden kann. Vorteilhafterweise ist der Zerstäubungsstromanteil bei einem verhältnismäßig niedrigen Betrag des Fluidstroms größer als bei einem größeren Betrag des Fluidstroms. Idealerweise ist ein absoluter Massenstrom des Zerstäubungsstromanteils unabhängig von dem Betrag des gesamten Fluidstroms zumindest im Wesentlichen konstant. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Fluidstrom mittels der Strömungskanäle des Zuleitabschnitts in jedem Fall ausreichend stark beschleunigt wird und mithin die gewünschte Zerstäubungswirkung für das eingespritzt Kühlfluid bereitstellt.In other words, the invention provides that the fluid flow is directed in a targeted manner to a feed section of the flow element, which has a plurality of flow channels. These flow channels serve to accelerate the respective portion of the fluid flow (“atomization flow portion”) that is fed to the feed section and to convert it into the atomization flows. By means of the inventive adjustment of the geometry of the feed section to the formation of the annular projection of the inner wall of the housing, it is now possible to feed the fluid flow to a reliably high proportion of the flow channels of the feed section, so that the atomization flow component of the fluid flow processed by means of the feed section is significantly accelerated. The coordination of the geometries of the inner wall of the housing and the feed section of the flow element also means that the feed section is supplied with a sufficiently large proportion of atomization flow even if the total amount of the fluid flow flowing through the valve device is comparatively small. It has thus been shown in tests that the proportion of atomization flow that is conducted through the flow channels of the feed section can be kept above 20% of the fluid flow, regardless of the amount of the total fluid flow. Advantageously, the fraction of atomization flow is greater at a relatively low magnitude of fluid flow than at a greater magnitude of fluid flow. Ideally, an absolute mass flow of the atomization flow portion is at least essentially constant, regardless of the amount of the total fluid flow. This ensures that the fluid flow is in any case sufficiently accelerated by means of the flow channels of the feed section and thus provides the desired atomization effect for the injected cooling fluid.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ist der Ringvorsprung - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - gekrümmt bzw. „geschwungen“ ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Fluidstrom, der entlang der Innenwandung des Gehäuses zumindest im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse des Gehäuses entlangströmt, beim Auftreffen auf den Ringvorsprung nicht schlagartig auf eine unstetig vorstehende Wandung prallt, sondern infolge der stetig geschwungenen Ausführung des Ringvorsprungs aufgenommen und unter Beibehaltung einer zumindest im Wesentlichen gerichteten Strömungscharakteristik dem Zuleitabschnitt zugelenkt wird. Hierbei kann insbesondere die Bildung von Rezirkulationsbereichen und Totwassergebieten reduziert werden. Eine entsprechende Ausgestaltung ergibt sich aus den nachstehend aufgeführten Ausführungsbeispiel.In a particularly advantageous embodiment of the valve device according to the invention, the annular projection—viewed in the direction of flow of the fluid flow—is designed to be curved or “curved”. This configuration has the advantage that the fluid flow, which flows along the inner wall of the housing at least essentially parallel to the central axis of the housing, does not suddenly collide with a discontinuously protruding wall when it hits the annular projection, but is absorbed as a result of the continuously curved design of the annular projection and is directed to the feed section while maintaining an at least substantially directed flow characteristic. Here, in particular, the formation of recirculation areas and dead water areas can be reduced. A corresponding configuration results from the exemplary embodiment listed below.

Grundsätzlich unabhängig von der beschriebenen Ausgestaltung des Ringvorsprungs, gleichwohl in besonders vorteilhafter Weise in Kombination mit selbiger, ist der Zuleitabschnitt des Strömungselements gleichermaßen gekrümmt ausgebildet, wobei der Krümmungsverlauf des Zuleitabschnitts vorzugsweise den Krümmungsverlauf des Ringvorsprungs fortsetzt. Insbesondere kann der Zuleitabschnitt gewissermaßen lokal schalenförmig ausgebildet sein, sodass er den ihm zugelenkten Zerstäubungsstromanteil des Fluidstroms gewissermaßen einfängt. Vorteilhafterweise nimmt die Krümmung im Bereich des Zuleitabschnitts - radial bezogen auf die Mittelachse des Gehäuses betrachtet - von außen nach innen sukzessive zu. Die einzige Möglichkeit für den eingefangenen Zerstäubungsstromanteil, den Zuleitabschnitt in Strömungsrichtung zu verlassen, bieten sodann die Strömungskanäle, durch die hindurch der Fluidstrom gedrückt wird. Hierbei findet wunschgemäß die beschriebene Beschleunigung statt, sodass der Zerstäubungsstromanteil die Strömungskanäle des Strömungselements als eine Mehrzahl von Zerstäubungsströmen verlässt. Die Beschleunigungswirkung der Strömungskanäle kann insbesondere dazu führen, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms lokal um mehrere 100 m/s beschleunigt wird.Basically independent of the described configuration of the annular projection, although in a particularly advantageous manner in combination with the same, the feed section of the flow element is likewise curved, with the curvature of the feed section preferably continuing the curvature of the annular projection. In particular, the supply section can be locally shell-shaped, so to speak, so that it captures the atomized flow component of the fluid flow that is directed towards it. Advantageously, the curvature in the region of the supply section—viewed radially in relation to the central axis of the housing—increases gradually from the outside inwards. The flow channels through which the fluid flow is pressed then offer the only possibility for the captured atomization flow component to leave the feed section in the direction of flow. Here, the acceleration described takes place as desired, so that the atomized flow component leaves the flow channels of the flow element as a plurality of atomized flows. The acceleration effect of the flow channels can lead in particular to a flow speed of the fluid stream being accelerated locally by several 100 m/s.

Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung weiter ausgestaltend wirkt das Strömungselement derart mit dem Gehäuse zusammen, dass der Fluidstrom das Strömungselement im Zuge seiner Durchströmung der Ventileinrichtung durchströmen muss. Mit anderen Worten schließt das Strömungselement dicht an das Gehäuse an, sodass für den Fluidstrom keine Möglichkeit besteht, die Ventileinrichtung zu verlassen, ohne das Strömungselement zu durchströmen. Auf diese Weise wird vermieden, dass der Fluidstrom den durch die Strömungskanäle dargestellten Strömungswiderständen „ausweicht“.Further developing the valve device according to the invention, the flow element interacts with the housing in such a way that the fluid stream must flow through the flow element as it flows through the valve device. In other words, the flow element is tightly connected to the housing, so that there is no possibility for the fluid flow to leave the valve device without flowing through the flow element. In this way it is avoided that the fluid flow "evades" the flow resistances represented by the flow channels.

Weiterhin ist eine solche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung von Vorteil, bei der der Ringvorsprung des Gehäuses und der Zuleitabschnitt des Strömungselement nicht unmittelbar aneinander anschließen, sondern stattdessen Endkanten derselben beabstandet voneinander angeordnet sind. Auf diese Weise begrenzen die Endkante des Ringvorsprungs und die Endkante des Zuleitabschnitts gemeinsam einen Strömungsspalt, durch den hindurch ein Teil des Fluidstroms („Nebenstromanteil“) an dem Zuleitabschnitt vorbeiströmen kann. Vorteilhafterweise kann sodann der Nebenstromanteil, der nicht dem Zuleitabschnitt zugeleitet wird, durch weitere Strömungskanäle des Strömungselements hindurch strömen. Mittels der genannten Ausführung wird die Möglichkeit geschaffen, den Fluidstrom mittels des Strömungselements temporär in zwei Anteile zu teilen, nämlich einen ersten Anteil, der dem Zuleitabschnitt zugelenkt wird (Zerstäubungsstromanteil), und einem zweiten Anteil, der an dem Zuleitabschnitt vorbeiströmt (Nebenstromanteil).Furthermore, such an embodiment of the valve device according to the invention is advantageous, in which the annular projection of the housing and the supply section of the flow element do not directly adjoin one another, but instead their end edges are arranged at a distance from one another. In this way, the end edge of the annular projection and the end edge of the feed section together delimit a flow gap through which part of the fluid flow (“bypass flow portion”) can flow past the feed section. Advantageously, the part of the bypass flow that is not fed to the feed section can then flow through further flow channels of the flow element. The mentioned embodiment creates the possibility of temporarily dividing the fluid flow into two portions by means of the flow element, namely a first portion that is directed to the feed section (atomization flow portion) and a second portion that flows past the feed section (bypass flow portion).

Aufgrund der erfindungsgemäß strömungslenkenden Ausgestaltung der Innenwandung des Gehäuses in Kombination mit der erfindungsgemäß strömungsfangenden Ausgestaltung des Zuleitabschnitts wird letzterer primär gewissermaßen vorrangig mit dem Fluidstrom beschickt, sodass grundsätzlich - und insbesondere weitestgehend unabhängig von einem Betrag des Fluidstroms - ein ausreichend ausgeprägter Zerstäubungsstromanteil vorliegt, mittels dessen gemäß obiger Erläuterung im Weiteren die gewünschte Zerstäubung des Kühlfluids möglich ist. Die übrigen Strömungskanäle des Strömungselements, die nicht dem Zuleitabschnitt zugeordnet sind, stehen dem Fluidstrom zusätzlich zur Verfügung, um das Strömungselement zu passieren.Due to the flow-directing design of the inner wall of the housing according to the invention in combination with the flow-catching design of the feed section according to the invention, the latter is primarily fed with the fluid flow, so to speak, so that in principle - and in particular largely independent of the amount of the fluid flow - there is a sufficiently pronounced atomization flow component, by means of which Above explanation below the desired atomization of the cooling fluid is possible. The other flow channels of the flow element, which are not assigned to the feed section, are also available for the fluid flow to pass through the flow element.

Vorteilhafterweise sind Durchmesser der Strömungskanäle des Zuleitabschnitts größer, insbesondere mindestens doppelt so groß, wie Durchmesser der Strömungskanäle, die nicht dem Zuleitabschnitt zugeordnet sind. Letztere können insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie als Drosselstufe für den Fluidstrom wirken und auf diese Weise zu einer gewünschten Druck- und Temperaturreduzierung des Fluidstroms beitragen.The diameters of the flow channels of the feed section are advantageously larger, in particular at least twice as large as the diameters of the flow channels that are not assigned to the feed section. The latter can in particular be designed in such a way that they act as a throttle stage for the fluid flow and in this way contribute to a desired pressure and temperature reduction of the fluid flow.

Die Strömungskanäle des Strömungselements, die dem Zuleitabschnitt zugeordnet sind, sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie sich - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - schräg in Richtung auf die Mittelachse des Gehäuses zu erstrecken. Bei einer solchen Ausgestaltung wirken die Strömungskanäle derart, dass sie den mittels ihrer Wirkung erzeugten Zerstäubungsströmen jeweils zumindest einen - bezogen auf die Mittelachse des Gehäuses - radialen Richtungsanteil aufprägen. Idealerweise sind die Strömungskanäle unter einem Winkel von ca. 45° bezogen auf die Mittelachse ausgerichtet. Die schräge Ausgestaltung der Strömungskanäle des Zuleitabschnitts verhilft dazu, die erzeugten Zerstäubungsströme gezielt „unter“ die Einspritzeinrichtung zu lenken, sodass das mittels der Einspritzeinrichtung eingespritzte Kühlfluid unmittelbar in die Zerstäubungsströme eingespritzt wird. Vorzugsweise ist das Strömungselement derart relativ zu der Einspritzeinrichtung angeordnet, dass die Strömungskanäle des Zuleitabschnitts die Einspritzeinrichtung umlaufend umgeben und infolge ihrer schrägen Ausgestaltung den Fluidstrom umlaufend radial nach innen unter die Einspritzeinrichtung lenken. Eine entsprechende Ausgestaltung ergibt sich aus dem nachstehenden Ausführungsbeispiel.The flow channels of the flow element, which are assigned to the feed section, are advantageously designed in such a way that they—viewed in the direction of flow of the fluid flow—extend obliquely in the direction of the central axis of the housing. In such a configuration, the flow channels act in such a way that they impress the atomization flows generated by their action in each case at least one radial directional component--relative to the central axis of the housing. Ideally, the flow channels are aligned at an angle of approx. 45° in relation to the central axis. The oblique design of the flow channels of the feed section helps to direct the generated atomization flows in a targeted manner “beneath” the injection device, so that the cooling fluid injected by means of the injection device is injected directly into the atomization flows. The flow element is preferably arranged relative to the injection device in such a way that the flow channels of the feed section surround the injection device and, as a result of their oblique design, direct the fluid flow radially inward under the injection device. A corresponding configuration results from the exemplary embodiment below.

Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung weiter ausgestaltend umfasst das Strömungselement einen sich - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - an den Zuleitabschnitt umlaufend anschließenden Kragabschnitt. Der Kragabschnitt kann sich insbesondere an ein radial außen liegendes Ende des Zuleitabschnitts anschließen und sich von dort aus erstrecken. Der Kragabschnitt begrenzt gemeinsam mit der Innenwandung des Gehäuses einen Ringraum, in den Nebenstromanteil des Fluidstroms einströmen kann. Der Kragabschnitt weist eine Vielzahl von Strömungskanälen auf, durch die hindurch der Nebenstromanteil sodann ausgehend von dem Ringraum in Richtung eines Mittelraums des Strömungselements übertreten kann. Eine Zuleitung eines Anteils des Fluidstroms zu dem Ringraum kann insbesondere durch einen vorstehend beschriebenen Strömungsspalt erfolgen, der zwischen einander zugeordneten Endkanten des Ringvorsprungs des Gehäuses und des Zuleitabschnitts des Strömungselements vorliegt.Further developing the valve device according to the invention comprises the flow element a cantilever section, viewed in the direction of flow of the fluid flow, adjoining the feed section in a circumferential manner. The cantilever section can in particular connect to a radially outer end of the feed section and extend from there. Together with the inner wall of the housing, the cantilever section delimits an annular space into which the bypass portion of the fluid flow can flow. The cantilever section has a multiplicity of flow channels, through which the partial flow portion can then pass, starting from the annular space in the direction of a central space of the flow element. A portion of the fluid flow can be fed to the annular space in particular through a flow gap described above, which is present between mutually associated end edges of the annular projection of the housing and the feed section of the flow element.

Vorteilhafterweise ist der Kragabschnitt derart ausgebildet, dass er an seinem dem Zuleitabschnitt abgewandten Ende dicht mit dem Gehäuse zusammenwirkt, das heißt insbesondere dichtend an die Innenwandung des Gehäuses angeschlossen ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der in dem Ringraum befindliche Nebenstromanteil des Fluidstroms den Ringraum ausschließlich durch die Strömungskanäle des Kragabschnitts hindurch verlassen kann. Ein Umströmen des Strömungselements ist mithin unterbunden.Advantageously, the cantilever section is designed in such a way that it interacts tightly with the housing at its end facing away from the feed section, that is to say it is in particular connected to the inner wall of the housing in a sealing manner. In this way it is ensured that the partial flow part of the fluid flow located in the annular space can leave the annular space exclusively through the flow channels of the cantilever section. A flow around the flow element is therefore prevented.

Zwecks gleichmäßiger Beschickung sämtlicher Strömungskanäle des Kragabschnitts kann es zudem vorteilhaft sein, wenn der zwischen dem Gehäuse und dem Kragabschnitt begrenzte Ringraum sich - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - verjüngt. Diese Verjüngung kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass der Kragabschnitt in Form eines Kegelstumpfabschnitts ausgebildet ist, der sich ausgehend von dem Zuleitabschnitt konisch erweitert.For the purpose of uniform feeding of all flow channels of the cantilever section, it can also be advantageous if the annular space delimited between the housing and the cantilever section narrows—viewed in the direction of flow of the fluid stream. This narrowing can be achieved in particular in that the collar section is in the form of a truncated cone section which widens conically starting from the feed section.

In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ist das Strömungselement stromabwärts der Einspritzeinrichtung angeordnet. Vorzugsweise schließt sich das Strömungselement unmittelbar an ein unteres Ende der Einspritzeinrichtung an. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Zuleitabschnitt des Strömungselements ein - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - unteres Ende der Einspritzeinrichtung umlaufend umschließt. Dies hat den Vorteil, dass die dem Zuleitabschnitt zugeordneten Strömungskanäle so nah wie möglich an der Einspritzeinrichtung angeordnet sind, sodass die mittels der Strömungskanäle bewirkte Umwandlung des Zerstäubungsstromanteils des Fluidstroms in einzelne Zerstäubungsströme möglichst nah an der Einspritzeinrichtung stattfindet. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Zerstäubungsströme in einem Einspritzbereich, in dem sich das Kühlfluid mit dem Fluidstrom mischt, so groß wie möglich ist. Dementsprechend ist die Zerstäubungswirkung der Zerstäubungsströme in gewünschter Weise so groß wie möglich.In a further advantageous embodiment of the valve device according to the invention, the flow element is arranged downstream of the injection device. The flow element is preferably directly connected to a lower end of the injection device. It is particularly advantageous if the feed section of the flow element encloses the lower end of the injection device all the way around—viewed in the direction of flow of the fluid flow. This has the advantage that the flow channels assigned to the feed section are arranged as close as possible to the injection device, so that the conversion of the atomization flow component of the fluid flow into individual atomization flows, effected by means of the flow channels, takes place as close as possible to the injection device. In this way it is achieved that the flow speed of the atomization streams is as high as possible in an injection area in which the cooling fluid mixes with the fluid flow. Accordingly, the atomizing effect of the atomizing streams is desirably as large as possible.

Unabhängig von der Ausgestaltung des Strömungselements kann zudem eine solche Ventileinrichtung besonders vorteilhaft sein, bei der dem Eintrittsstutzen ein insbesondere rotationssymmetrischer Lochzylinder zugeordnet ist, der den Kolben umlaufend umgibt und eine Vielzahl von Strömungskanälen aufweist. Der Lochzylinder dient dazu, die durch den Eintrittsstutzen erfolgte Einströmung des Fluidstroms zu vergleichmäßigen, sodass die Anströmung des Kolbens bzw. des Dichtsitzes möglichst gleichmäßig erfolgt. Im Hinblick auf eine möglichst robuste Ausgestaltung der Ventileinrichtung ist dies vorteilhaft, da eine asymmetrische Anströmung bestimmter Bereiche der Ventileinrichtung vermieden und mithin eine Belastung des Materials der Ventileinrichtung vergleichmäßigt werden.Irrespective of the configuration of the flow element, such a valve device can also be particularly advantageous in which a particularly rotationally symmetrical perforated cylinder is assigned to the inlet connection, which cylinder surrounds the piston and has a large number of flow channels. The perforated cylinder serves to equalize the inflow of the fluid stream that has taken place through the inlet nozzle, so that the inflow of the piston or the sealing seat is as uniform as possible. This is advantageous with regard to a configuration of the valve device that is as robust as possible, since an asymmetric inflow of certain areas of the valve device is avoided and consequently a load on the material of the valve device is evened out.

Zudem kann es besonders von Vorteil sein, wenn die Strömungskanäle der Ventileinrichtung ungeachtet ihrer Zugehörigkeit zu einzelnen Bauteilen derselben angesenkt ausgebildet sind. Hierbei ist ein Durchmesser eines jeweiligen Strömungskanals in einem - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - vorderen Endbereich trichterförmig erweitert. Diese Ausgestaltung verhilft dazu, innere Mantelflächen der Strömungskanäle zumindest teilweise mit einer Beschichtung zu versehen, die eine Widerstandsfähigkeit des jeweilig betroffenen Bauteils gegen abrasiven Verschleiß erhöht. Insbesondere ist es denkbar, die einzelnen Bauteile der Ventileinrichtung mit einer Chromcarbid-Beschichtung zu versehen.In addition, it can be particularly advantageous if the flow channels of the valve device are countersunk, regardless of their association with individual components of the same. In this case, a diameter of a respective flow channel is widened in a funnel shape in a front end region—viewed in the direction of flow of the fluid flow. This configuration helps to provide the inner lateral surfaces of the flow channels at least partially with a coating that increases the resistance of the component concerned to abrasive wear. In particular, it is conceivable to provide the individual components of the valve device with a chromium carbide coating.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:

1: Einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventileinrichtung und
2: Ein schematisches Detail eines Strömungselements der Ventileinrichtung gemäß 1.

The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment which is illustrated in the figures. It shows:

1 : A schematic cross section through a valve device according to the invention and
2 : A schematic detail of a flow element of the valve device according to FIG 1 .

Ein Ausführungsbeispiel, das in den 1 und 2 dargestellt ist, umfasst eine erfindungsgemäße Ventileinrichtung 1. Diese umfasst ein Gehäuse 3, das zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezogen auf eine Mittelachse 2 ausgebildet ist. An das Gehäuse 3 ist ein Eintrittsstutzen 4 angeschlossen, mittels dessen der Ventileinrichtung 1 ein Fluidstrom 5 zuleitbar ist. Der Fluidstrom 5 strömt dabei zunächst in einen Eintrittsraum 34 ein, innerhalb dessen ein axial beweglicher Kolben 6 angeordnet ist. Besagter Kolben 6 dient dazu, einem ihm zugeordneten Dichtsitz 7 dichtend zusammenzuwirken. Der Kolben 6 ist dabei zwischen verschiedenen Stellungen relativ zu dem Dichtsitz 7 bewegbar, wobei je nach Stellung des Kolbens 6 ein Betrag des Fluidstroms 5, der die Ventileinrichtung 1 durchströmt, regulierbar ist. In dem gezeigten Beispiel ist in dem Eintrittsraum 34 ein Lochzylinder 22 angeordnet, der über eine Vielzahl von Strömungskanälen 23 verfügt. Der Lochzylinder 22 umgibt sowohl den Kolben 6 als auch den Dichtsitz 7, sodass ein Passieren des Dichtsitzes 7 nur nach einer Durchströmung der Strömungskanäle 23 des Lochzylinders 22 möglich ist. Der Lochzylinder 22 wirkt dabei gewissermaßen als Drosselstufe, die eine Vergleichmäßigung der Anströmung sowohl des Kolbens 6 als auch des Dichtsitzes 7 erreicht. Nach dem Passieren des Dichtsitzes 7 gelangt der Fluidstrom 5 in einen Mittelraum 35 der Ventileinrichtung 1, wobei dem Mittelraum 35 in dem gezeigten Beispiel eine Drosselstufe 28 zugeordnet ist. Diese umfasst eine Mehrzahl von Strömungskanälen, durch die hindurch der Fluidstrom 5 im Zuge der Durchströmung der Ventileinrichtung 1 strömen muss. Die Strömungskanäle bewirken einen Druckabbau sowie eine Temperatursenkung des Fluidstroms 5. Je nach Vorgabe kann die Ventileinrichtung 1 mit einer Mehrzahl von Drosselstufen 28 ausgestattet sein, um eine jeweils gewünschte Reduktion von Druck und Temperatur des jeweiligen Fluidstroms 5 zu erzielen.An embodiment in the 1 and 2 is shown comprises a valve device 1 according to the invention. This comprises a housing 3 which is designed at least essentially rotationally symmetrically with respect to a central axis 2 . An inlet nozzle 4 is connected to the housing 3 and can be used to supply a fluid stream 5 to the valve device 1 . The fluid Current 5 first flows into an inlet chamber 34, inside which an axially movable piston 6 is arranged. Said piston 6 serves to cooperate in a sealing manner with a sealing seat 7 assigned to it. The piston 6 can be moved between different positions relative to the sealing seat 7, with the amount of the fluid flow 5 flowing through the valve device 1 being adjustable depending on the position of the piston 6. In the example shown, a perforated cylinder 22 is arranged in the entry space 34 and has a large number of flow channels 23 at its disposal. The perforated cylinder 22 surrounds both the piston 6 and the sealing seat 7 so that it is only possible to pass through the sealing seat 7 after the flow channels 23 of the perforated cylinder 22 have been flowed through. The perforated cylinder 22 acts to a certain extent as a throttling stage, which achieves an equalization of the flow against both the piston 6 and the sealing seat 7 . After passing through the sealing seat 7, the fluid stream 5 reaches a central space 35 of the valve device 1, a throttle stage 28 being assigned to the central space 35 in the example shown. This comprises a plurality of flow channels through which the fluid stream 5 must flow as it flows through the valve device 1 . The flow channels bring about a reduction in pressure and a reduction in temperature of the fluid flow 5. Depending on the specification, the valve device 1 can be equipped with a plurality of throttle stages 28 in order to achieve a respectively desired reduction in pressure and temperature of the respective fluid flow 5.

Zwecks Abbaus thermischer Energie des Fluidstroms 5 umfasst die Ventileinrichtung 1 ferner eine Einspritzeinrichtung 9, die mit einem Zuleitkanal 24 zur Zuleitung eines Kühlfluids zusammenwirkt. Der Zuleitkanal 24 schließt an ein Düsengehäuse 25 der Einspritzeinrichtung 9 an, innerhalb dessen eine Einspritzdüse 36 angeordnet ist. Diese ist mittels einer Feder 26 gegen einen Düsensitz 27 gedrückt, sodass die Einspritzdüse 36 gemeinsam mit dem Düsensitz 27 bei Vorliegen in einem im Übrigen kraftfreien Zustand dichtend zusammenwirkt. Zur Auslösung der Einspritzdüse 36 wird die Einspritzeinrichtung 9 mit dem Kühlfluid beschickt. Unter dem Druck des letzteren wird eine Federkraft der Feder 26 überwunden, sodass die Einspritzdüse 36 aus ihren Düsensitz 27 gedrückt wird. Hierdurch wird eine Strömungsverbindung von dem Zuleitkanal 24 zu einem Innenraum des Gehäuses 3 freigegeben, woraufhin das Kühlfluid in den Fluidstrom 5 eingespritzt wird. Aufgrund einer konisch zulaufenden Ausgestaltung des Düsensitzes 27 wird das Kühlfluid kegelförmig eingespritzt, wie sich besonders gut anhand von 2 ergibt.For the purpose of dissipating thermal energy of the fluid flow 5, the valve device 1 also includes an injection device 9, which interacts with a supply channel 24 for supplying a cooling fluid. The feed channel 24 connects to a nozzle housing 25 of the injection device 9, within which an injection nozzle 36 is arranged. This is pressed against a nozzle seat 27 by means of a spring 26, so that the injection nozzle 36 interacts in a sealing manner together with the nozzle seat 27 when present in an otherwise force-free state. To trigger the injection nozzle 36, the injection device 9 is charged with the cooling fluid. Under the pressure of the latter, a spring force of the spring 26 is overcome, so that the injection nozzle 36 is pressed out of its nozzle seat 27 . As a result, a flow connection from the feed channel 24 to an interior of the housing 3 is released, whereupon the cooling fluid is injected into the fluid flow 5 . Due to a conical configuration of the nozzle seat 27, the cooling fluid is injected conically, as can be seen particularly well on the basis of FIG 2 results.

Damit das Kühlfluid möglichst schnell verdampft und auf diese Weise die gewünschte Abkühlung des Fluidstroms 5 erzielt wird, wird das Kühlfluid zerstäubt. Hierfür wird es in Zerstäubungsströme 12 eingespritzt, der von einem Zerstäubungsstromanteil 33 des Fluidstroms 5 gebildet ist. Um die Zerstäubungsströme 12 zu erzeugen, umfasst die Ventileinrichtung 1 ein Strömungselement 8, das in dem gezeigten Beispiel topfförmig ausgebildet ist. Das Strömungselement 8 umfasst einen oberen Zuleitabschnitt 13 sowie einen unteren Kragabschnitt 19. Der Zuleitabschnitt 13 schließt sich in dem gezeigten Beispiel unmittelbar an ein in Strömungsrichtung des Fluidstroms 5 betrachtet unteres Ende der Einspritzeinrichtung 9 an und erstreckt sich bezogen auf die Mittelachse 2 des Gehäuses 3 in radiale Richtung nach außen. Auf diese Weise ragt der Zuleitabschnitt 13 gewissermaßen in eine Strömung des Fluidstroms 5 hinein. Der Kragabschnitt 19 schließt sich an ein radial äußeres Ende des Zuleitabschnitts 13 an letzteren an und erstreckt sich ausgehend von dem Zuleitabschnitt 13 in konisch erweiternder Weise in Strömungsrichtung des Fluidstroms 5.The cooling fluid is atomized so that the cooling fluid evaporates as quickly as possible and the desired cooling of the fluid flow 5 is achieved in this way. For this purpose it is injected into atomization flows 12 which is formed by an atomization flow component 33 of the fluid flow 5 . In order to generate the atomization streams 12, the valve device 1 comprises a flow element 8, which is pot-shaped in the example shown. The flow element 8 comprises an upper supply section 13 and a lower cantilever section 19. In the example shown, the supply section 13 is directly adjacent to a lower end of the injection device 9 viewed in the direction of flow of the fluid flow 5 and extends in relation to the central axis 2 of the housing 3 radial direction outwards. In this way, the feed section 13 protrudes to a certain extent into a flow of the fluid flow 5 . The collar section 19 connects to a radially outer end of the feed section 13 on the latter and, starting from the feed section 13, extends in a conically widening manner in the direction of flow of the fluid stream 5.

Erfindungsgemäß wirkt der Zuleitabschnitt 13 des Strömungselements 8 mit einem an einer Innenwandung 14 des Gehäuses 3 ausgebildeten Ringvorsprung 15 zusammen. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass er radial bezogen auf die Mittelachse 2 nach innen an der Innenwandung 14 vorsteht und auf diese Weise eine Ablenkwirkung auf den Fluidstrom 5 ausübt. Insbesondere wird dem Fluidstrom 5 mittels des Ringvorsprungs 15 ein radial nach innen gerichteter Richtungsanteil aufgeprägt. Der Ringvorsprung 15 ist hierbei in Strömungsrichtung des Fluidstroms 5 betrachtet stetig gekrümmt, das heißt ohne unstetig vorspringenden Vorsprung, ausgebildet. Hierdurch wird erreicht, dass der Fluidstrom 5 über eine Lenkstrecke hinweg von der Innenwandung 14 weggelenkt wird, ohne dass der Fluidstrom 5 auf eine unstetig vorragende Prallfläche trifft und dabei in einen turbulenten Strom umgewandelt wird. Der Zuleitabschnitt 13 des Strömungselements 8 ist in dem gezeigten Beispiel in gleicher Weise gekrümmt ausgebildet, wobei der Zuleitabschnitt 13 die Krümmung des Ringvorsprungs 15 fortsetzt. Dies ergibt sich besonders gut anhand des Details gemäß 2. Ein Krümmungsverlauf gestaltet sich ausgehend von der Innenwandung 14 bis hin zu einem radial innenliegenden Ende des Zuleitabschnitts 13 in stetig zunehmender Weise, wobei der Zuleitabschnitt 13 im Querschnitt betrachtet gewissermaßen schalenförmig ausgebildet ist und den Fluidstrom 5 auf diese Weise einfängt. Der Zuleitabschnitt 13 ist an seinem radial innenliegenden Ende unmittelbar an die Einspritzeinrichtung 9 angeschlossen, wobei ein Vorbeiströmen des Zerstäubungsstromanteils 33 des Fluidstroms 5 an dem Strömungselement 8 zwischen dem Zuleitabschnitt 13 und der Einspritzeinrichtung 9 nicht möglich ist.According to the invention, the feed section 13 of the flow element 8 interacts with an annular projection 15 formed on an inner wall 14 of the housing 3 . This is characterized in that it protrudes radially inwards relative to the central axis 2 on the inner wall 14 and in this way exerts a deflecting effect on the fluid flow 5 . In particular, the fluid flow 5 is imparted with a radially inward-directed directional component by means of the annular projection 15 . The annular projection 15 is continuously curved, viewed in the direction of flow of the fluid flow 5, that is to say without a discontinuously projecting projection. The result of this is that the fluid flow 5 is deflected away from the inner wall 14 over a deflection distance, without the fluid flow 5 hitting a discontinuously protruding impact surface and thereby being converted into a turbulent flow. In the example shown, the supply section 13 of the flow element 8 is curved in the same way, with the supply section 13 continuing the curvature of the annular projection 15 . This results particularly well from the detail according to FIG 2 . A course of curvature develops in a steadily increasing manner, starting from the inner wall 14 to a radially inner end of the feed section 13, the feed section 13 being designed to a certain extent in a bowl shape when viewed in cross section and catching the fluid flow 5 in this way. The feed section 13 is connected directly to the injection device 9 at its radially inner end, with the atomization flow portion 33 of the fluid stream 5 not being able to flow past the flow element 8 between the feed section 13 and the injection device 9 .

Der Zuleitabschnitt 13 wirkt in dem gezeigten Beispiel mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen 10 zusammen, die eine Durchströmung des Strömungselements 8 ermöglichen. Die Strömungskanäle 10 bewirken hierbei vorsätzlich eine Verengung eines Strömungsquerschnitts für den Zerstäubungsstromanteil 33 des Fluidstroms 5, sodass im Zuge der Durchströmung der Strömungskanäle 10 der Zerstäubungsstromanteil 33 stark beschleunigt wird. Hierdurch wird mittels der Mehrzahl von Strömungskanälen 10 eine Mehrzahl von Zerstäubungsströmen 12 erzeugt, deren Strömungsgeschwindigkeit gegenüber einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms 5 diesseits des Strömungselements 8 stark erhöht ist. Die Strömungskanäle 10 sind dabei bezogen auf die Mittelachse 2 des Gehäuses 3 schräg nach innen ausgerichtet, sodass die Zerstäubungsströme 12 einen radialen Richtungsanteil erhalten, der auf die Mittelachse 2 zugerichtet ist. Auf diese Weise werden die Zerstäubungsströme 12 unmittelbar unter die Einspritzeinrichtung 9 geführt. Dies hat zur Folge, dass die Einspritzung des Kühlfluids direkt in die Zerstäubungsströme 12 erfolgt, in denen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit vorliegt. Hierdurch wird erreicht, dass das Kühlfluid sehr fein zerstäubt wird, wodurch eine sehr schnelle Verdampfung des Kühlfluids erzielt wird.In the example shown, the supply section 13 interacts with a plurality of flow ducts 10 which allow flow through the flow element 8 . The flow channels 10 intentionally narrow a flow cross section for the atomization flow portion 33 of the fluid flow 5 so that the atomization flow portion 33 is greatly accelerated as the flow passes through the flow channels 10 . As a result, a plurality of atomization flows 12 is generated by means of the plurality of flow channels 10, the flow speed of which is greatly increased compared to a flow speed of the fluid flow 5 on this side of the flow element 8. The flow channels 10 are aligned obliquely inwards in relation to the central axis 2 of the housing 3 , so that the atomization flows 12 receive a radial directional component that is directed towards the central axis 2 . In this way, the atomization streams 12 are guided directly under the injector 9 . As a result, the cooling fluid is injected directly into the atomization streams 12, in which there is a high flow rate. The result of this is that the cooling fluid is very finely atomized, as a result of which very rapid evaporation of the cooling fluid is achieved.

Der Ringvorsprung 15 und der Zuleitabschnitt 13 des Strömungselements 8 sind beabstandet voneinander angeordnet, wobei einander zugeordnete Endkanten 16, 17 des Ringvorsprungs 15 bzw. des Zuleitabschnitts 13 gemeinsam einen Strömungsspalt 18 begrenzen. Durch diesen Strömungsspalt 18 hindurch kann ein Anteil des Fluidstroms 5 an dem Zuleitabschnitt 13 vorbeigeführt werden. Dieser Anteil wird hier als Nebenstromanteil 32 bezeichnet. Der Nebenstromanteil 32 strömt in einen Ringraum 20 ein, der von dem Gehäuse 3 und dem Kragabschnitt 19 des Strömungselements 8 begrenzt ist. Der Kragabschnitt 19 ist hier kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei er einen sich in Strömungsrichtung des Fluidstroms 5 betrachtet konisch erweiternden Querschnitt aufweist. An einem dem Zuleitabschnitt 13 abgewandten Ende schließt der Kragabschnitt 19 an einer Kontaktstelle 30 (bzw. einem umlaufenden Kontaktring) dichtend an die Innenwandung 14 des Gehäuses 3 an. Infolgedessen kann der Nebenstromanteil 32 des Fluidstroms 5 ausschließlich durch Strömungskanäle 11 des Strömungselements 8 hindurchströmen, die dem Kragabschnitt 19 zugeordnet sind. Hierbei wird der Nebenstromanteil 32 in radiale Richtung bezogen auf die Mittelachse 2 des Gehäuses 3 einem Mittelraum 21 des Strömungselements 8 zugeleitet.The annular projection 15 and the feed section 13 of the flow element 8 are arranged at a distance from one another, with mutually associated end edges 16, 17 of the annular projection 15 and of the feed section 13 jointly delimiting a flow gap 18. A portion of the fluid stream 5 can be guided past the feed section 13 through this flow gap 18 . This proportion is referred to here as the secondary flow proportion 32 . The bypass portion 32 flows into an annular space 20 which is delimited by the housing 3 and the cantilever section 19 of the flow element 8 . The cantilever section 19 is designed here in the shape of a truncated cone, having a cross section that widens conically when viewed in the direction of flow of the fluid stream 5 . At an end facing away from the feed section 13 , the collar section 19 adjoins the inner wall 14 of the housing 3 in a sealing manner at a contact point 30 (or a peripheral contact ring). As a result, the partial flow portion 32 of the fluid flow 5 can only flow through flow channels 11 of the flow element 8 which are assigned to the cantilever section 19 . In this case, the partial flow portion 32 is fed to a central space 21 of the flow element 8 in the radial direction relative to the central axis 2 of the housing 3 .

Das Zusammenspiel von Ringvorsprung 15 und vorragendem Zuleitabschnitt 13 bewirkt, dass der Zerstäubungsstromanteil 33, der mittels des Zuleitabschnitts 13 den Mittelraum 21 zugeleitet wird, relativ unabhängig von einem Betrag des gesamten Fluidstroms 5 in Relation zu dem Nebenstromanteil 32 gleichbleibt. Insbesondere wird erreicht, dass selbst bei einem vergleichsweise geringen Betrag des Fluidstroms 5 die Zerstäubungsströme 12 eine ausreichende Zerstäubungswirkung auf das Kühlfluid ausüben, sodass letzteres fein zerstäubt und infolgedessen schnell verdampft wird. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 1 erreicht damit das Ziel, eine feine Zerstäubung des Kühlfluids zu erreichen, ohne dass eine Verstellung des Strömungselements 8 erfolgen muss. Insbesondere kann darauf verzichtet werden, relativ zueinander bewegliche Teile vorzusehen, mittels derer eine Zuweisung von Strömungsanteilen des Fluidstroms zu bestimmten Strömungskanälen erzwungen wird, um unabhängig von einem Betrag des Fluidstroms eine ausreichende Beschleunigung des Fluidstroms inklusive einer dadurch bedingten feinen Zerstäubung Kühlfluids zu erzielen. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 1 ist ohne solche relativ zueinander beweglichen Teile deutlich robuster als bekannte Ventileinrichtungen 1, die sich derartiger Mechaniken bedienen.The interaction of annular projection 15 and protruding feed section 13 causes the atomization flow portion 33, which is fed to the central space 21 by means of the feed section 13, to remain the same relatively independently of the amount of the entire fluid flow 5 in relation to the side flow portion 32. In particular, it is achieved that even with a comparatively small amount of the fluid flow 5, the atomization flows 12 exert a sufficient atomization effect on the cooling fluid, so that the latter is finely atomized and consequently quickly evaporated. The valve device 1 according to the invention thus achieves the goal of achieving fine atomization of the cooling fluid without the flow element 8 having to be adjusted. In particular, there is no need to provide parts that are movable relative to one another, by means of which flow portions of the fluid flow are forced to be assigned to certain flow channels in order to achieve sufficient acceleration of the fluid flow, including the resulting fine atomization of cooling fluid, regardless of the amount of the fluid flow. The valve device 1 according to the invention is significantly more robust without such relatively movable parts than known valve devices 1 that use such mechanisms.

Um die Robustheit der Ventileinrichtung 1 gegenüber abrasivem Verschleiß weiter zu verbessern, ist die Ventileinrichtung 1 in dem gezeigten Beispiel beschichtet ausgebildet. Insbesondere sind alle Oberflächen, die unmittelbar mit dem Fluidstrom 5 zusammenwirken, mit einer Chromcarbid-Beschichtung ausgestattet. Hierzu sind in besonders vorteilhafter Weise sämtliche Strömungskanäle 10, 11, 23 Ventileinrichtung 1 angesenkt ausgebildet, wobei ein in Strömungsrichtung des Fluidstroms 5 betrachtet vorderer Einströmbereich eines jeweiligen Strömungskanals trichterförmig erweitert ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung der Strömungskanäle 10, 11, 23 hat sich für eine Beschichtung von inneren Mantelflächen der Strömungskanäle 10, 11, 23 mit einer jeweiligen Beschichtung als besonders vorteilhaft herausgestellt.In order to further improve the robustness of the valve device 1 with respect to abrasive wear, the valve device 1 is coated in the example shown. In particular, all surfaces that interact directly with the fluid flow 5 are provided with a chromium carbide coating. For this purpose, all flow channels 10, 11, 23 valve device 1 are countersunk in a particularly advantageous manner, with a front inflow region of a respective flow channel, viewed in the direction of flow of the fluid flow 5, being widened in a funnel shape. This configuration of the flow channels 10, 11, 23 has proven to be particularly advantageous for coating inner lateral surfaces of the flow channels 10, 11, 23 with a respective coating.

BezugszeichenlisteReference List

11: Ventileinrichtungvalve device
22: Mittelachsecentral axis
33: GehäuseHousing
44: Eintrittsstutzeninlet port
55: Fluidstromfluid flow
66: KolbenPistons
77: Dichtsitztight fit
88th: Strömungselementflow element
99: Einspritzeinrichtunginjector
1010: Strömungskanalflow channel
1111: Strömungskanalflow channel
1212: Zerstäubungsstromatomization stream
1313: Zuleitabschnittsupply section
1414: Innenwandunginner wall
1515: Ringvorsprungring protrusion
1616: Endkantetrailing edge
1717: Endkantetrailing edge
1818: Strömungsspaltflow gap
1919: Kragabschnittcantilever section
2020: Ringraumannulus
2121: Mittelraumcenter room
2222: Lochzylinderhole cylinder
2323: Strömungskanalflow channel
2424: Zuleitkanalsupply channel
2525: Düsengehäusenozzle body
2626: FederFeather
2727: Düsensitznozzle seat
2828: Drosselstufethrottle level
2929
3030: Kontaktstellecontact point
3131
3232: Nebenstromanteilbypass share
3333: Zerstäubungsstromanteilatomization current fraction
3434: Eintrittsraumentry room
3535: Mittelraumcenter room
3636: Einspritzdüseinjector
3737: Düsenspitzenozzle tip

Claims

Valve device (1), comprising - a housing (3) extending along a central axis (2), - an inlet connection (4) for introducing a fluid flow (5) into the housing (3), - a movable piston (6) and a sealing seat (7) assigned to the piston (6), - a rotationally symmetrical flow element (8) arranged in the housing (3) for treatment of the fluid flow (5), and - an injection device (9) for injecting a cooling fluid, with the piston (6) the fluid flow (5) can be regulated in cooperation with the sealing seat (7), the flow element (8) having a plurality of flow channels (10) through which at least part of the fluid flow (5) can be routed, in the course of which can be accelerated and in this way converted locally into atomization flows (12), the flow element (8) being arranged relative to the injection device (9) in such a way that the cooling fluid can be injected into the atomization flows (12), the flow element (8) having a has a peripheral feed section (13) projecting into a flow area of the fluid stream (5), by means of which part of the fluid stream (5) can be caught and can be fed to flow channels (10) assigned to the feed section (13), an inner wall (14) of the housing ( 3) has a peripheral annular projection (15) assigned to the feed section (13) and extending radially in the direction of the central axis (2), characterized in that at least part of the fluid flow (5) is directed in the direction of the feed section by means of the annular projection (15). (13) of the flow element (8) can be steered.

Valve device (1) after claim 1 , characterized in that the annular projection (15) - viewed in the direction of flow of the fluid flow (5) - is curved, with the supply section (13) of the flow element (8) preferably being designed to continue a curvature of the annular projection (15).

Valve device (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the flow element (8) interacts with the housing (3) in such a way that the fluid flow (5) must flow through the flow element (8) as it flows through the valve device (1).

Valve device (1) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that an end edge (16) of the annular projection (15) and an associated end edge (17) of the feed section (13) are arranged at a distance from one another, so that they jointly define a flow gap (18) through which part of the fluid flow ( 5) can flow past the inner wall (14) of the housing (3) along the feed section (13).

Valve device (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that at least the flow channels (10) assigned to the feed section (13) of the flow element (8) - viewed in the flow direction of the fluid flow (5) - extend obliquely in the direction of the central axis (2) of the housing (3).

Valve device (1) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the flow element (8) is a - seen in the direction of flow of the fluid flow (5) - surrounding the feed section (13) subsequent Has a collar section (19) which, together with the inner wall (14) of the housing (3), delimits an annular space (20), the collar section (19) having a large number of flow channels (11) through which the fluid flow (5) proceeds can pass from the annular space into a central space (21) of the flow element (8).

Valve device (1) after claim 6 , characterized in that the flow element (8) is connected tightly to the inner wall (14) of the housing (3) at an end of the cantilever section (19) remote from the feed section (13).

Valve device (1) after claim 6 or 7 , characterized in that the annular space (20) delimited between the inner wall (14) of the housing (3) and the collar section (19) of the flow element (8) - viewed in the flow direction of the fluid flow (5) - gradually tapers, with preferably the The cantilever section (19) is designed in the form of a truncated cone section, which widens conically starting from the feed section (13), viewed in the flow direction of the fluid flow.

Valve device (1) according to one of Claims 6 until 8th , characterized in that flow channels (10) of the feed section (13) each have a larger diameter than flow channels (11) of the cantilever section (19), the diameter of a respective flow channel (10) of the feed section (13) preferably being at least twice as large as the diameter of a respective flow channel (11) of the cantilever section (19).

Valve device (1) according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the flow element (8) is arranged downstream of the injection device (9), preferably directly adjoining a lower end of the injection device (9).

Valve device (1) after claim 10 , characterized in that the feed section (13) is assigned to the lower end of the injection device (9), in particular a lower end of an injection nozzle (36) of the injection device (9), so that the injection device (9) injects the cooling fluid directly can be injected into the atomization streams (12) generated by means of the flow channels (10) of the feed section (13).

Valve device (1) according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the flow channels (10) are arranged in a radially inner edge region of the feed section (13).

Valve device (1) according to one of Claims 1 until 12 , characterized by a rotationally symmetrical perforated cylinder (22) assigned to the inlet connection (4), which circumferentially surrounds the piston (6) and has a multiplicity of flow channels (23), the fluid stream (5) for flowing through the valve device (1) preferably having the Perforated cylinder (22) must flow through.

Valve device (1) according to one of Claims 1 until 13 , characterized in that at least one flow channel (10, 11, 23), preferably all flow channels (10, 11, 23), are formed countersunk, preferably in their inflow areas.