DE1913355A1

DE1913355A1 - Geraeuscharme Druckminderungsvorrichtung

Info

Publication number: DE1913355A1
Application number: DE19691913355
Authority: DE
Inventors: Daniel Souviau
Original assignee: Gaz de France SA
Current assignee: Engie SA
Priority date: 1968-03-15
Filing date: 1969-03-15
Publication date: 1969-10-23
Also published as: NL166316B; GB1268934A; NL166316C; NL6904066A; AT303475B; FR1569761A; DE1913355B2; BE729586A

Description

pr. DIETER LOUIS 1 q ι ο ο t: c

. NORNBERQ ■ l ü \ OODO

KESSLERPLATZ 1

3874/75 10/re

.GAZ DB PRAWCE, Paris (I7e), (Frankreich)

Geräuscharme Druckminderungsvorrichtung.

Pie Erfindung "betrifft eine geräuscharme Druckminderungsvorrichtung für gasförmige Strömungsmittel, bei der in eine Leitung über den gesamten Durchlassquerschnitt derselben ein poröser Körper eingesetzt ist, der auf seiner strömungsaüfwärts gelegenen Seite mit einem Deckelement, beispielsweise einer Membran !zusammenwirkt, und dessen Steuerung durch pneumatische oder hydraulische Mittel erfolgt. -

Bei einer bekannten geräuscharmen Druckminderungsvorrichtung ist der Durchsatz des durch den porösen Körper hindurchströmenden Gases proportional derjenigen strömungsaufseitig befindlichen Fläche, welche nicht von dem Abdeckelement überdeckt ist und im Falle von grösseren Durchsatzmengen kommt es sehr häufig zur' Bildung eines strömungsabseitig befindlichen Oberflächenbereiches, in dem durch die Strömungsgeschwindigkeit der Gase ein gewisses Geräusch erzeugt wird. Um nun zu verhindern, dass bei einer derartigen Druckminderungsvorrichtung eine übermässige Geräuschentwicklung eintritt, besteht die einzig mögliche Massnah-

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me darin, nur jeweils eine massige Druckentspannung herbeizuführen, was wiederum zur Folge hat, dass eine Anzahl von mehreren derartigen Druckminderungsventilen einander nachgeschaltet werden müssen, wenn die Notwendigkeit besteht, den Gasdruck von einem hohen Ausgangsdruckwert auf einen bestimm-. ten niedrigeren Druckwert zu vermindern·

Mit der Erfindung werden nunmehr die vorstehend erläuterten Mängel ausgeschaltet, da diese insbesondere die Schaffung eines geräuscharmen Druckminderungsventiles bezweckt, bei welchem die Möglihkeit besteht, den Gasdruck bzw. die Gasspannung jeweils in einem ganz beträchtlichen Verhältnis und bei Gasströmungsgeschwindigkeiten herabzusetzen, welche im Inneren des porösen Körpers im wesentlichen gleichbleibend sind, wobei die erzielten Gasdurchsatzmengen in etwa dem Solldurchsatz entsprechen, * .

Zu diesem Zweck ist der poröse Körper des Druckminderüngsventils allgemein derart ausgebildet, dass ssine Form insgesamt der Form eines Füllhorns oder des sogenannten Totentrompetenpilzes ähnlich ist und er weist an seinem strömungsaufseitig befindlichen Ende ein sich stark verjüngendes Mundstück und

Q an seinem strömungsabseitigen Ende eine sehr grosse gewölbte

oo Oberfläche sowie eine Seitenfläche auf, die teilweise völlig

<*> . undurchlässig und mit einem Halterungselement fest verbunden. ist, während der andere Teil dieser Seitenfläche mit der beweglichen Membran zusammenwirkt, die zusammen mit einem entsprechenden Halterungskörper eine Kammer bildet, die ihrer-

selts wiederum mit einer Druckmittelquelle verbunden ist. Die Abmessungen des porösen Körpers sind dabei derart bemessen, dass die einzelnen Querschnitte S(x), von denen lediglich der letzte in Wirklichkeit gegeben ist und der strömungsabseitig befindlichen Austrittsfläche des porösen Körpers entspricht, jeweils alt dem vorhergehenden Querschnitt So in einem expo- nentiellen Verhältnis verbunden ist, das sich jeweils nach dem axialen Abstand zwischen zwei solchen Querschnittsbereichen einerseits und dem strömungsaufseitigen Ende des porösen Körpers andererseits richtet. Hierbei ist die Querschnittsfläche S(x) derart gewölbt ausgebildet, dass der kürzeste Abstand zwiechen zwei jeweils einem der benachbarten Querschnittsbereiche zugehörigen Punkten gleich dem Abstand dieser Querschnitts- bereiche In bezug auf die Symmetrieachse oder Symmetrieabene gleich ist.

Das Verhältnis der zwischen zwei gewölbten Bereichen So und S(x) des porösen Körpers gegebenen Flächen wird durch die nach- folgende exponentiell Verhältnisgleichung angegeben:

Kx
S(x) = So e ;

dabei ist:

χ der Axialabstand zwischen dem strömungsaufseitigen Ende des porösen Körpers und dem Querschnittsbereich S(x); und

K ein konstanter Wert, der sich jeweils nach dem Schichtkoeffizienten a und dem Durchmesser D der Kugelkörper des porösen Körpers sowie der spezifischen Masse Hi_n des gege-

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benen Gases unter normalen Druckbedingungen P_ und nach der Henngeschwindigkeit Y_n richtet, welche für das Gras beim Eintritt in den porösen Körper als Maximalgeschwindigkeit gewählt wurde, wobei diese Geschwindigkeit derart gewählt wird, dass sie zwar unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegt, aber dieser doch schon sehr nabe kommt*

Zur Bestimmung der Krümmung der Seitenfläche und der ausgangs- oder strömungsabseitig befindlichen Seite des porösen Körpers wird schrittweise von einem Querschnittsbereich ausgegangen, welcher sich verbaltnismässig nahe bei dem strömungsaufseitigen Ende des porösen Körpers befindet. Dann wird die Krümmung des imaginären nächstfolgenden Querschnittsbereiches bestimmt, bei dem das Flächenverhältnis einer exponentiellen Relation in Abhängigkeit von dem zwischen den beiden Querspbnittsbereichen gegebenen Axialabstand entspricht. Diese Bestimmung erfolgt durch die Einhüllungskurve sämtlicher Halbkreise,deren Mittelpunkt auf der Krümmungslinie des vorhergehenden Querschnittsbereicbes liegt und deren Radius gleich dem Abstand zwischen zwei einander benachbarten Querschnittsbereichen ist, wobei von der Symmetrieachse ausgegangen wird. Diejenige Kurve, welehe dann die Ränder der verschiedenen aufeinanderfolgenden gewölbten Abschnitte im Inneren des porösen Körpers und den Rand der Strömungsabseitig befindlichen Ausgangsseite des Grössenkörpers umschreibt, besitzt dann dabei eine Porm, die der einer logarithmischen Spirale analog ist.

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Mit der Erfindung wird nunmehr erreicht, dass bei einem gegebenen Durchsatz,der in etwa dem Solldurchsatz entspricht, das Gas den porösen Körper mit einer Geschwindigkeit durchströmt, die im wesentlichen an allen Stellen der porösen Körpers gleichbleibend ist. Dabei wird diejenige kinetische Energie, die sich: im Gas an den Drosselstellen entwickelt, dadurch in Wärme umgewandelt, dass im Inneren der Foren des porösen Körpers zwischen den verschiedenen Drosselpunkten eine Viskosität swirkung eintritt. E.s kommt damit zu einer Erwärmung des ■porösen Körpers, welche einen Ausgleich für die durch die Entspannung des Gases verursachte Abkühlung des porösen Körpers schafft. Dadurch, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Inneren des porösen Körpers nicht zunimmt, kommt es weder innerhalb des porösen Körpers noch an seiner Strömungsabseite jemals zu einem Erreichen der Schallgeschwindigkeit, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Gases zwischen den Poren der in bezug auf den porösen Körper strömungsaufseitig befindlichen Schicht derart gewählt wird, dass sie geringer ist als die Schallgeschwindigkeit.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen durch ein geräuscharmes Druckminderungsventil.

nach der Erfindung gelegten Axialschnitt; Figur 2 die Form des erfindungsgemäss ausgebildeten porösen Körpers in frlfter, jRadialebene des erf indungsgemässen

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OFHGlNAL INSPECTED

Druckminderungsventils gesehen; -

Figur 3 eine geometrische Konstruktion zur Bestimmung der Form des erfindungsgemäss ausgebildeten porösen Körpers; und . ·

Figur 4 eine graphische Sarstellung der Beziehungen zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des Gases im porösen Körper» den Druckwerten und den Gasdurchsatzwerten in diesem Körper·

Wie aus Figur 1 hervorgeht besitzt das Gehäuse 1 des geräuscharmen Druckminderungsventils eine'zylindrische Aussenform und sitzt unter Zwischenschaltung von entsprechenden Dichtungen 2 zwischen zwei Kupplungselementen'3» 4» an die sich jeweils eine strömungsaufseitige Zuleitung 5 bzw. eine strömungsabseitige Ableitung 6 anschliessen. Die Befestigung und Halterung des Gehäuses 1 zwischen den beiden Kupplungsteilen 2_r. 4 erfolgt unter Zuhilfenahme von Befestigungsbolzen 7* Die strömungsaufseitige Zuleitung 5 mündet dabei in einem Halterungsrohr 8, das zur Leitung 5 koaxial in dem Gehäuse 1 des Druckminderungsventils angebracht ist. An seinem strömungsaufseitig befindlichen Ende ist dieses Rohr 8 dabei in einem Innengewinde 9 im Gehäuse 1 gehalten und die Befestigung erfolgt unter Zuhilfenahme einer Mutter 10. An seinem anderen Ende besitzt das Eohr 8 eine bogenförmig nach aussen gewölbte Schulter 11, die als Halterungs- und Dichtungselement für einen porösen Körper 12 dient, dessen strömungsaufseitig befindliches verjüngtes Ende an der Schulter 11 in der Nähe der "Mündung des Rohres 8 ansetzt und dessen strömungsabseitiger Seil

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pilzförmig ausgebildet ist· Einer der seitlichen Bereiche 5a des porösen Körpers 12 ist dicht abschließsend mit der Schul ter 11 verbunden und umschUesßt diese bis zu deren horizontaler Aussenseite.

An der anderen Seitenfläche 12b des porösen Körpers 12 liegt eine Membran 13 an, deren Ende zwischen das Ende der Seitenfläche 12b und einem Halterungskörper, beispielsweise ein Schalenkörper 14_#eingesetzt ist, welcher zusammen mit der Membran 13 eine Kammer 15 bildet, die über eine Leitung 16 mit einer, nicht gezeigten Druckmittelquelle in Verbindung steht, wobei dieAn- ordnung derart getroffen ist, dass das Druckmittel von der der Zuleitung 5 gegenüberliegenden Seite her auf die Membran 13 -ein wirkt. Das strömungsaufseitig liegende sich verjüngende Ende des porösen Körpers 12 ist in bezug auf die vordere Randkantenebene 11a des Rohres 8 etwaa nach rückwärts versetzt, so dass sich die Membran 13 gegen diese Randkante anlegen und damit den porösen Körper 12 auf der strömungsaufseitig befindlichen Seite vollständig abdichten kann.

Das Rohr 8,der poröse Körper 12 und der Schalenkörper 14 befinden sich in einer Umwälzkammer 17, deren Wandungen herzförmig gekrümmt sind. Diese Kammer bildet dabei die strömungsabseitige Kammer der Druckminderungsvorrichtung und ist ihrerseits mit der strömungsabseitig befindlichen Ableitung 6 verbunden. Die Austrittsseite 12c des porösen Körpers 12 mündet in den oberen Teil 17a der Kammer 17, der einerseits durch die Innen-

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wandung dieser Kammer und die Aussenwand des Rohres 8 und andererseits durch die Austrittsfläche 12c umschlossen wird. Der ■ Querschnitt dieser Kammer 17 nimmt mit zunehmender Entfernung von der Achse der Druckminderungsvorrichtung zu, d.h. also, es wird auf diese Weise der zunehmenden. Vergrösserung des Gasvolu*. mens Rechnung getragen, das an der etrömungsabseitigen Fläche 12c des porösen Körpers austritt. Von der Kante der Membran 15 ausgehend bis zur strömungsabseitigen Ableitung 6 sind die verschiedenen Querschnittsbereiche für den freien Durchfluss in die ser Kammer 17 zur Oberfläche der Austrittsseite des porösen Körpers proportional.Der Schalenkörper 14- stützt sich an der Innenwandung dieser Kammer 17 über Rippenelemente 18 ab, welche mit . dem Schalenkörper . fest verbunden sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der poröse Körper 12 die Form eines Rotationskörpers, in-dem er beispielsweise als Torus ausgebildet ist, der radial im Schnitt gesehen eine etwa pilzförmige Gestalt besitzt, deren Basis sehr spitz zuLäuft. (siehe auch Figur 1). Das Ende bzw. die Mündung des porösen Körpers liegt damit auf einem Kreis, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser desjenigen Kreises, auf dem sich die Mittelpunkte der Ausgangsbereiche des porösen Körpers befinden.

Bei dem in Figur 1dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Austrittsfläche 12c in der allgemeinen Strömungsrichtung f des Gases gesehen in bezug auf den sich verjüngenden

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Mündungstell des porösen Körpers nach rückwärts versetzt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dagegen die Anordnung derart getroffen, dass der.sich verjüngen-■ de Austrittsteil und die Symmetrielinie der strömungsaufseitig liegenden Austrittsseite 12c in ein und derselben Ebene senkrecht zur Fliessrichtung f des Gases auf einer konischen Fläche liegen, deren Spitze in bezug auf die Mündung strömungsauf seitig liegt.

Ausserdem kann es auch vorteilhaft sein, wenn der poröse Körper aus einer Vielzahl von porösen Körpern zusammengesetzt wird, die jeweils pilzförmig ausgebildet sind und an ihren gewölbten Austrittsflächen in zwei zueinander senkrechte Richtungen miteinander verbunden und ringförmig angeordnet sind. Die zwischen den verschiedenen "Pilzelementen" befindlichen Zwischenräume werden dabei durch die Masse der Schulter 11 ausgefüllt, die ihrerseits fest mit dem Rohr 8 verbunden ist, so dass die Membran 13 abwechselnd an der freien Seitenfläche 12b der verschiedenen porösen Pilzelemente und an der dichten Masse der Schulter 11 anliegt. Auf diese Weise kann die Austrittsfläche 12c des porösen Körpers 12 auch bei einem vorgegebenen Durchmesser der Schulter 11 noch vergrössert werden. Zur Erzielung der sich sehr stark verjüngenden Mündungen soll ein solcher poröser Körper erfindungsgemäss aus mindestens zwei Arten von Kugeln unterschiedlicher Durchmesser gebildet werden, wobei die Kugeln mit dem kleineren Durchmesser auf der Seite der Mündung des Rohres 8 < und die Kugeln mit dem grösseren Durchmesser auf derSeite der strömungsabseitigen Austritts-

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fläche des porösen Körpers angeordnet sind.

Die Figur 2 veranschaulicht in sehematiscber Darstellung einen Axialschnitt durch einen erfindungsgeiaäss ausgebildeten porösen Körper 12, dessen eine Seite 12a vollständig abgedichtet ist, während seine andere Seite 12b entweder ganz oder teilweise durch die Membran 13 abgedeckt werden Scann· Die Strömungsrichtung des auf der Seite 12b in den porösen. Körper 12 eintretenden und diesen durchströmenden Strömungsmittels ist durch die Pfeile f.., fg und f~ angezeigt.

Die Erfindung begründet sich darauf, dass einerseits der Durchsatz des durch den porösen Körper 12 hindurchströmenden Gases zu der von der Membran 15 freigegebenen Eintrittsfläche SB nicht proportional, ist und dass andererseits die mittlere Geschwindigkeit des Gases im Inneren des porösen Korpers bei gegebenem Durchsatz fast konstant ist.Erfindungsgemäss wird dazu dieForm des porösen Körpers 12 derart bestimmt, dass das Verhältnis zwischen zwei gewölbten Sereichen So, S(x) im Inneren des porösen Körpers senkrecht zur Symmetrieachse X eine exponentiell Punktion darstellt:

S(x) = So . e

Dabei ist:

X₀ und X. der Abstand der Flächen So und S1 vom Ursprung 0 der Achse X abgehend;

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D der Durchmesser der den porösen Körper bildenden Kugeln; a der Schutt- oder Sehiohtungskoeffizient der Kugeln; m_ die spezifische Hasse des Gases unter normalen Bedingungen; P_n der Gasdruck unter normalen Bedingungen;

Y_n die als Maximalgeschwindigkeit gewählte Uenngeschwindigkeit des Gases, die zwar unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegt, dieser aber sehr nahe kommt·.

Anhand der Sarstellung der Figur 2 wird deutlich, dass sich das Gas dank der besonderen Form des porösen Körpers 12, insbesondere der Seitenflächen 12a, 12b und der Austrittsfläche 12c desselben, im gesamten porösen Körper gleichmässig.entspannt und ein Elementarvolumen des Gases überall auf den gleichen minimalen Strömungswiderstand trifft, wie dies durch die Pfeile f, angedeutet ist, die senkrecht zu dem gewölbten Teil S(i) verlaufen.

Würde man nur die Schnitte oder Planflächen S¹ (ac) nehmen, welche mit ihren Enden die Seiten 12a und 12b begrenzen, so wäre diese Bedingung nicht erfüllt. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, die verschiedenen Schnitte oder aufeinanderfolgenden Flächen, deren Flächenverhältnis durch die .vorstehend angegebene exponentielle Verhältnisgleichung bestimmt ist, derart zu verformen, dass die Krümmung eines gewölbten Bereiches S(x) in bezug auf den vorhergehenden Bereich S(x-1) mit der Umhüllenden E für alle Halbkreise C mit dem Radius r zusammenfällt, deren Mittelpunkt auf dem vorhergehenden Schnittbereicb liegt. Der Radius r ist dabei

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der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schnittbereichen in Richtung der Achse X gesehen.

Die Figur 3 zeigt einen Axialschnitt durch den porösen Körper 12 und veranschaulicht ausserdem verschiedene horizontale linien, die jeweils den senkrechten Schnitten S'1, S*2 ... S'(x-1), S*(x) entsprechen, deren Oberfläche durch die vorstehend angegebene Verhältnisgleichung bestimmt werden. Die Kurve O¹, wel-

^ ehe die geraden Enden P¹,, ?'_o, P' _Λ dieser linien miteinander ι (L X— I

verbindet ist eine exponentiell Kurve. ·

Zur Bestimmung der Endfläche S(x), bei der es sich um eine · reale Fläche handelt, welche die strömungsabseitige Austrittsfläche 12c des porösen Körpers 12 bildet, wird in der gleichen vorbeschriebenen Weise vorgegangen, indem beispielsweise von dem Querschnitt SM ausgegangen wird, der sich in der Nähe des Ursprunges 0 der Achse X befindet und der mit der vom technischen Standpunkt der erzielbaren Spitze des porösen Körpers 12 ) zusammenfällt. Aus der Figur 3 geht hervor, dass die geraden Schnittlinien S¹2 und S¹3 praktisch mit den entsprechenden gewölbten oder gekrümmten Schnittlinien S 2 und S 3 zusammenfällen, deren äusserste Enden P₂ und P₅ in bezug auf die Punkte P¹2 und P¹, nur ganz schwach nach unten verschoben sind.

Demgegenüber hat die Umhüllende E der Halbkreise mit dem Radius r, deren Mittelpunkte sich auf der.gewölbten Fläche S(x) befinden, bereits einen Verlauf, der sich von demjenigen des entspre-

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ORIGINAL SfSiSPECTED

chenden geraden Schnittbereiches S¹(χ) wesentlich unterscheidet und ihr äusserster Punkt P ist in bezug auf den entsprechenden Punkt Ρ'_χ ganz wesentlich verschoben. Wird nun jeweils abschnittweise so vorgegangen, so kann damit eine ganz genaue Bestimmung der Aussenform des porösen Körpers 12, d. h. einerseits der Form der strömungsabseitig befindlichen Austrittsfläche 12c und andererseits der Form der Seite 12b erzielt werden, welche die Punkte P₁, P₂ ... P_x-1, Ρ_χ und Ρ_χ+1 miteinander verbindet, die ihrerseits mit der Membran 13 zusammenwirken, wonach diese Seite im wesentlichen die Form einer logarithmischen Spirale aufweist.

Die Figur 4 zeigt eine graphische Darstellung innerhalb eines Koordinatensystems» bei dem auf der Abszisse der Abstand X in. beliebigen Einheiten von der Austrittsfläche 12c bis zu einem beliebigen im Inneren des porösen Körpers befindlichen Punkt angezeigt ist, während auf der Ordinate das Verhältnis der Gasströmungsgeschwindigkeiten zwischen einer Nenngeschwindigkeit V_n und den tatsächlichen Gasströmungsgeschwindigkeiten aufzeigt, wobei die Kenngeschwindigkeit die maximale zulässige Strömungsgeschwindigkeit der Gase für die Druckminderungsvorrichtung darstellt und noch unterhalt) der Schallgeschwindigkeit liegt. Die in voll ausgezogenen Linien dargestellten Kurven d bis k entsprechen dabei den Linien für einen gleichmässigen Durchsatz für ein zwischen, einem Nominaldurchsatz und den tatsächlichen Durchsatzwerten des Gases gegebenes Durchsatzverhältnis,, und die in gestrichelten Linien gezeichneten Kurven I zeigen die

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Isobaren an, wobei es sich-bei den angezeigten Druckwerten um die in bar angegebenen Kelativwerte handelt, welche für einen strömungsabseitig gegebenen Druck von ein bar absolut errechnet wurden.

Aus der graphischen Darstellung 1st ersichtlich, dass um die horizontale Gerade d, welche der Geschwindigkeit Y_n des Gases bei Nominaldurchsatz entspricht,(die an allen Stellen des porösen Körpers gleich ist), die die Gasströmungsgeschwindigkeit bei anderen Durchsätzen wiedergebenden Kurven e, f, g, h, i, j, und k sämtlich in Richtung auf diese Gerade d zu verlaufen, wenn man sich von der Austrittsfläche 12e des porösen Körpers entfernt und in dem Hasse, in dem sich dieser Abstand X vergrössert.

Wenn der tatsächliche Durchsatz grosser wird als der Uominaldurchsatz (siehe die Kurven o, p, q. und s), d.h also, wenn die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit des Gases grosser ist als die Nominalgeschwindigkeit 7 , so nehmen die Strömungsgeschwindigkeiten des Gases innerhalb des porösen Körpers von der Austrittsfläche ausgehend nach innen zu zum Körperinneren hin rasch ab, nachdem ausschliesslich dieser Austrittsfläche wirksam zur Entspannung des Gases beiträgt. Es muss somit der oberhalb der Geraden d befindliche Geschwindigkeit sr- bereich vermieden werden, wenn eine geräuscharme Entspannung erreicht werden soll und es darf auf keinen Pail die Gerade 7 überschritten werden, welche der Schallgeschwindigkeit entspricht. ... .

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Liegen dagegen die Durchsatzvrerte unterhalb des Nominaldurchsatzes so ist bei den Geschwindigkeiten eine progressive Abstufung sswischen der strömungsabseitig gegebenen Strömungsgeschwindigkeit und der Nominalgeschwindigkeit gegeben, ohne dass dabei diese an irgendeiner Stelle des porösen Körpers Überschritten wird· Auf diese Weise findet die Gasentspannung Vollständig im inneren porösen Körper statt und die Gasströmungsgeschwindigkeit kann an keiner Stelle des porösen Körpers Schallgeschwindigkeit erreichen, wenn die Nominalströmungsgeschwindigkeit derart gewählt worden ist, dass sie geringer als Schallgeschwindigkeit ist.

Im übrigen wurde in diesem Zusammenhang in unerwarteter Weise festgestellt, dass in dem Fall, in dem der strömungsaufseitig vom porösen Körper herrschende Druck im wesentlichen konstant ist, sich die Geschwindigkeit des in den porösen Körper einströmenden Gases auch dann nicht wesentlich ändert, wenn der Durchsatz in Richtung 0 geht und dass stets ein Wert aufrecht erhalten bleibt, welcher unterhalb des Nennwertes Y_Q liegt (siehe die Kurven i, j, k). Wenn an der Strömungsaufseite gröesere Druckwerte vorliegen, so liegt die Grenze für die Eintrittsgeschwindigkeit des Gases in dem porösen Körper bei einem Nachlassen des Durchsatzes auf 0 noch immer sehr nahe bei der Nenngeschwindigkeit. Es beeteht somit keinerlei Gefahr, dass es an der Eintrittsfläche des porösen Körpers zu einer Geräuschbildung kommt, wenn die Nenngeschwindigkeit derart gewählt wurde, dass sie unterhalb des Wertes der Schallgeschwindigkeit liegt.

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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass die Entspannung des Gases vollständig innerhalb des porösen Körpers stattfindet, ohne dass es dabei zu irgendeiner Geräuschbildung nach aus sen kommt, da das Gras bei seiner Entspannung nur einer sehr geringfügigen Abkühlung unterzogen wird, wodurch die Gefahr ausgeschaltet wird, dass es entweder im porösen Körper selbst oder aber strömungsabseitig von diesem zur Bildung einer flüssigen oder sogar einer festen Phase kommt, ein Phänomen, das im allgemeinen als sogenannte "Vereisung" von Druckminderungsventilen bekannt ist»

Bei Verwendung von bekannten Druckminderungsventilen mit Entspannungsdüse, denen ein Naturgas mit einem absoluten Druckwert von 4-bar und einer Temperatur von 11⁰O zugeführt wurde, wurde nämlich beispielsweise ein entspanntes Gas mit, 1,020 bar erhalten, dessen Temperatur bei O⁰C lag. Diese Temperatur liegt zwischen dem Temperaturwert von -67⁰C, bei dem eine isentropische Entspannung erhalten würde, und dem Temperaturwert von 9f6°0, bei dem sich eine isenthalpische Entspannung ergeben würde. Die durch die Druckminderüngsvorrichtung gebildete Schallwelle hatte somit einen Wirkungsgrad von 12$. Demgegenüber tritt das Gas bei Verwendung einer erfindungsgemäss ausgebildeten Druckminderungsvorrichtung mit einem porösen Körper der vorstehend beschriebenen Form mit einer Temperatur von 10⁰C aus und es kommt dabei zu einem Wärmeaustausch zwischen dem porösen Körper und umgetenden Gas, durch den das vorstehend beschriebene Phänomen überlagert wird.

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Die direkte Entspannung.eines Gases von 30 bar mit einer eine Düse aufweisenden Druckminderungsvorrichtung müsste zu einer Temperatur von etwa -30⁰C führen, während sie bei Verwendung der erfindungsgemäss gestalteten. Druckminderungsvorrichtung nicht zu einer Temperatur führt, welche unterhalb O⁰O liegt. Um nämlich ein bei einem Druckwert von 30 bar befindliches Gas auf einer einzigen Stufe soweit zu entspannen, dass es fast atmosphärischen Druck erreicht,- bedarf es keinerlei Erhitzung des Gases, gleichgültig was für ein Durchsatz angestrebt wird. Auf diese Weise werden die für derartige Vorgänge erförderlichen Anlagen ganz wesentlich vereinfacht und es werden ganz erbebliche Energieersparnisse erzielt, die beispielsweise bis zu 75 kW für 10.000Nm⁵/h. erreichen können.

Es versteht sich, dass bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung noch zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass hierdurch der Rahmen der Erfindung überschritten wird. So kann beispielsweise die Symmetrieachse in einer Längsebene des porösen Körpers mehr oder weniger stark gekrümmt sein, wie dies in. Figur 1 angedeutet ist.

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Claims

Patent- (Schutz-)Ansprüche

1.) Geräuscharme Druckminderungsvorrichtung für gasförmige Strömungsmittel, bei der in eine Leitung ein poröser Körper über den gesamten Strömungsquerschnitt der Leitung eingesetzt ist, der an seiner strömungsaufseitig befindlichen Seite mit einem Abdeckelement, beispielsweise einer Membran zusammenwirkt, das durch entsprechende pneumatische oder hydraulische Kittel gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Körper (12) etwa die Form eines Füllhornes oder eines Totentrompetenpilzes hat und an seinem strömungsaufseitig befindlichen Ende eine sich sehr stark verjüngende Mündung und an seinem strömungsabseitigen Ende eine sehr stark gewölbte fläche (12c) und eine Seitenfläche aufweist, deren einer !Dell (12a) vollkommen undurchlässig und mit einem Halterungselement (11) fest verbunden ist, während der andere Teil (12b) mit der beweglichen Membran (13) zusammenwirkt, die mit einem Halterungskörper (14) eine Kammer (15) bildet, welche ihrerr seits mit einer Druckmittelquelle in Verbindung steht, wobei die Abmessungen des porösen Körpers derart bemessen sind, dass die Querschnittsflächen $(x), von denen lediglich die letzte tatsächlich vorhanden ist und der strömungsabseitigen Austrittsfläche (12c) des porösen Körpers (12) entspricht, jeweils mit der vor-

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hergehenden Schnittfläche So in einem Exponentialverhältnis verbunden ist, das von dem axialen Abstand zwischen diesen beiden Schnittbereichen einerseits und dem. strömungsaufseitigen Ende des porösen Körpers andererseits abhängig ist, wobei die Oberfläche der Bereiche S(x) derart gewölbt ist, dass der kürzeste Abstand zwischen zwei jeweils eu einem der einander benachbarten Bereiche gehörenden Punkte gleich dem Abstand dieser Bereiche auf der Symmetrieachse oder Symmetrieebene ist.

2. Geräuscharme Druckminderungsvorrichtuhg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fläcbenverhältnis. zwischen zwei gewölbten Bereichen So und S(x).des porösen Körpers durch die Exponentialgleichung:

Kx S(x) ='So e

gegeben ist.

3* Geräuscharme Druckminderungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Körper (12) pilzfttrmig ausgebildet ist und sich an seiner Mündungsseite verjüngt, während das andere sehr stark ausgebauchte Ende die strömungsabseitig befindliche Austrittsöffnung (12c) des porösen Körpers bildet.

4* Geräuscharme Druckminderungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Körper (12) durch einen Torus gebildet wird, der im radialen Schnitt die Form eines Pilzes besitzt und dessen

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strömungsabseitig befindliche Austrltteflache in Form einer In radialer Richtung gewölbten Ringfläche ausgebildet ist. .-'·.'·'.

5. Geräuscharme Druckminderungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Körper (12) aus einer Reihe vott Pilzkörpern gebildet ist, die jeweils an ihren,strömungsabseitigen gewölbten Austrittsflächen in zwei zueinander senkrechten Richtungen miteinander verbunden und ringförmig zueinander angeordnet sind, wobei die zwischen den einzelnen Pilzkörpern befindlichen Zwischenräume durch die Hasse einer fest mit einem Halterungsrohr verbundenen Schulter derart ausgefüllt werden, dass die Membran jeweils abwechselnd an der freien Seitenfläche der verschiedenen porösen Pilzkörper und der dichten Masse der Schulter anliegt·

6. Geräuscharme Druckminderungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die strömungsaufseitige Mündung des porösen Körpers auf einem Kreis liegt, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser desjenigen Kreises ist, auf dem sich die Mittelpunkte der Auetrittsbereiche des porösen Körpers befinden.

7. Geräuscharme Druckminderungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche in bezug auf die allgemeine Gasströmungsrichtung.

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gesehen gegenüber der sich verjüngenden Mündung des porösen Körpers nach rückwärts versetzt ist.

8. Geräuscharme Druckminderungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die verjungende Hündung und die Symmetrielinie der strömungsabseitigen Austrittsfläche auf ein und derselben Ebene senkrecht zur allgemeinen Strömungsrichtung des Gases befinden.

9. Geräuscharme Druckminderungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet« dass sich die sich verjüngende Mündung und die Symmetrielinie der strömungsabseitigen Austrittsfläche auf einer konischen Fläche befinden, deren Spitze in bezug auf die Mündung strömungs-

aufseitig zu liegen kommt.

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