DE1913899A1

DE1913899A1 - Low-noise pressure reducing and discharge valves for liquids

Info

Publication number: DE1913899A1
Application number: DE19691913899
Authority: DE
Inventors: Mueller Dr-Ing Hans F
Original assignee: MUELLER DR ING HANS F
Current assignee: MUELLER DR ING HANS F
Priority date: 1969-03-19
Filing date: 1969-03-19
Publication date: 1970-10-01

Description

Geräuscharme Druckminderungs- und Auslaufventile für Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft Druckminderungs- und Auslaufventile für tropfbare Flüssigkeiten, deren gemeinsames Merkmal der relativ hohe Druckunterschied ist, unter denen sie in der Regel arbeiten müssen. Low-noise pressure reducing and discharge valves for liquids The invention relates to pressure reducing and discharge valves for dripping liquids, whose common feature is the relatively high pressure difference under which they are usually have to work.

In Abb.1 ist, losgelöst von den durch das Gehäuse auf erlegten Grenzen und den aadurch bedingten SeXundärströmungen, die Strömungsform der aus dem Ringspalt zwischen Ventilteller a und dem Ventilsitz b austretenden Flüssigkeit dargestellt. Diese Strömungsform ist von der Art der Flüssigkeit unabhängig un daher nicht auf Wasser beschränkt. Die daraus nachstehend abgeleiteten Schlussfolgerungen und Erfindungsansprüche sind daher nicht nur bei Auslaufventilen für Wasserleitungen, sondern ebenso bei allen Druckminderungsventilen für tropfbare Flüssigkeiten aller Art anwendbar. Beim Austritt des scheibenförmigen Ringstrahles aus der Drosselstelle wird dieser durch turbulente Mischung mit der von oben und unten zuströmenden Flüssigkeit in zunehmendem Masse abgebaut. In den turbulenten Wirbelkernen entstehen zunächst mit Dampf gefüllte Hohlrsume- Kavitation - welche durch den seitlich unbegrenzten Zustrom von Flüssigkeit aufgefüllt werden. Die dabei auftretenden Geräusche bleioen gering und stören wegen ihrer niedrigen frequenzen das menschliche Ohr nur wenig. In Fig.1 is detached from the limits imposed by the housing and the secondary flows caused by this, the shape of the flow from the annular gap shown between the valve disc a and the valve seat b leaking liquid. This form of flow is independent of the type of liquid and therefore does not occur Water restricted. The conclusions and claims of the invention derived therefrom below are therefore not only used for drain valves for water pipes, but also for can be used with all pressure reducing valves for all types of dripping liquids. At the The disc-shaped ring jet exits the throttle point through it turbulent mixing with the liquid flowing in from above and below, increasing Mass degraded. In the turbulent vortex cores, steam-filled cores initially arise Cavitation cavitation - caused by the laterally unlimited inflow of liquid be replenished. The noises that occur in the process lead to little and are annoying the human ear has little effect on their low frequencies.

Ganz anders werden die Strömungszustände, wenn der Tosraum c aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen beschränkt werden muss. The flow conditions are completely different when the Tosraum c is off must be limited for practical and economic reasons.

Die maximalen Abmessungen der zur Zeit bekannten Reduzierventile und Auslaufhähne sind in Abb.1 gestrichelt eingezeichnet.The maximum dimensions of the currently known reducing valves and Discharge taps are shown in Fig. 1 with dashed lines.

Bei einer derart drastischen Beschränkung des Tosraumes wird die Sekundärströmung derart unterbunden, das die nit Dampf gefüllten Wirbelhohlräume nicht mit Flüssigkeit aufgefüllt werden können und an denviel zu nahen Wänden zusammenstürzen. Dabei entstehen harte unelastische Stösse, die von Ohr als sehr störenae hochfrequente Zischgeräusche empfunden werden. Zwar lässt sich die Hohlraumbildung in bekannter Weise durch Erhöhung des Druckes im Tosraum mittels eines nachgeschalteten Strömungswiderstandes teilweise unterdrücken. Dies wird aber mit einer unwirtschaftlichen Verminderung der Ventilkapazität erkauft.With such a drastic restriction of the furnace space, the secondary flow becomes prevented in such a way that the vortex cavities filled with vapor are not filled with liquid can be filled up and collapse on the walls that are far too close. This creates hard, inelastic shocks, heard by the ear as very annoying high-frequency hissing noises be felt. It is true that the cavity formation can be achieved in a known manner by increasing it of the pressure in the furnace by means of a downstream flow resistance suppress. However, this results in an uneconomical reduction in the valve capacity he buys.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ohne den Tosraum unwirtschaftlich gross zu machen alle praktisch möglichen geometrischen Beziehungen und Formgebungen von Tosraum und Ventilsitz auszuschöpfen, um ein Höchstmass von Geräuschverminderung zu erreichen. The invention is based on the object without the Tosraum uneconomical to make large all practically possible geometrical relationships and shapes to make full use of the room and valve seat in order to reduce noise as much as possible to reach.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Durchmesser DT des Tosraumes c mindestens so gross zu machen, dass die gesamte Kernenergie des scheibenförmigen Ringstrahles noch vor dem Auftreffen auf die Gehäusewand durch Vermischung mit der zuströmenden Flüssigkeit bei gleichzeitiger Auffüllung der Hohlräume vollständig abgebaut wird. Die radiale Entfernung dieses Ortes von der Entstehungsstelle des Ringstrahles ist nach der turbulenten Mischungstheorie, die experimentell gut verankert ist, der anfänglichen Strahldicke proportional. Bei einer bestimmten Teilöffnungstellung h des Ventil es beginnt sich der Ringstrahl vom Ventilsitz abzulösen, weil dann der Durchflussquerschnitt #D2h den Querschnitt des Zuleitungsrohres vom Durchmesser D1 überschreitet. Es ist die Vemtilöffnung bei der ist wesentlichen schon die Höchstdurchflussmenge erreicht wird, welche sich bei weiterer Öffnung nicht mehr ändert, da die Strahldicke # konstant bleibt. In Abb.1 sind die Strömungsformen sowohl bei diesem kritischen als auch bei voll-em Ventilhub hm dargestellt. Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass Qer kritische Mindesttosraum-Durchmesser bei Anwenwendunz des turbulenten Mischungsmechanismus durch die Durchmesser des Zuleitungsrohres D1 und des Ventiltellers D2 bestimmt ist. Erfindungsgemäss wird der Tosraum so gross gemacht, dass nachfolgende Bedingung über seine gesamte axiale Erstreckung erfüllt ist: Die Beachtung dieser Bedingung liefert Tosraumdurchmesser, die einen vollständigen Abbau der Strömungsenrgie des Rincstrahles bis zur Berührung mit der Gehäusewand geräuscharm ermöglichen. Dies setzt voraus, dass er zur Auffüllung der Hohlräume notwendige seitliche Zustrom von Flüssigkeit nirgends merklich gehindert wird. Die obige Relation-ist also zwar eine notwendige aber noch nicht hinreichende Bedingung um die Unterdrückung der Geräusche voll wirksam zu machen. Bei der üblichen Ausbildes Ventiloberteiles, welches den Ventilteller tragt, wird die seitliche Zuströmung bei den erfindungsgemässen Tosraumabmessungen kaum behindert. Fast kein oder nur ungenügender Raum ist bisher auf der Ventilsitzseite fü,r den ungehinderten Zustrom von Auffüllflüssigkeit vorgesehen worden. Erfindungsgemäss genügt ein zusätzlicher Tosraum unterhalb er Austrittskante des Zulaufrohres von der Mindesthöhe H # 0,5 D1 Der Erfindungsgedanke ist somit-durch die gleichzeitige Erfüllung der zwei obigen Beziehungen formuliert. Es sind im wesentlichen untere Grenzen, die nicht unterschritten werden dürfen, soll das Ventil geräuscharm sein.The basic idea of the invention is to make the diameter DT of the stilling space c at least so large that the entire nuclear energy of the disc-shaped ring jet is completely broken down before it hits the housing wall by mixing with the inflowing liquid while at the same time filling the cavities. The radial distance of this location from the point of origin of the ring jet is proportional to the initial jet thickness according to the turbulent mixing theory, which is well established experimentally. At a certain partial opening position h of the valve, the ring jet begins to detach itself from the valve seat because the flow cross section # D2h then exceeds the cross section of the supply pipe with diameter D1. It is the valve opening at which the maximum flow rate is essentially already reached, which no longer changes with further opening, since the jet thickness # remains constant. Fig. 1 shows the flow forms for this critical valve lift as well as for a full valve lift hm. From what has been said above, it emerges that the critical minimum dead space diameter when the turbulent mixing mechanism is used is determined by the diameter of the supply pipe D1 and the valve disk D2. According to the invention, the temperature area is made so large that the following condition is met over its entire axial extent: Observance of this condition provides room diameters that allow a complete reduction of the flow energy of the Rinc jet up to the point of contact with the housing wall with little noise. This presupposes that the lateral inflow of liquid necessary to fill the cavities is nowhere noticeably hindered. The above relation is a necessary but not yet sufficient condition to make the noise suppression fully effective. With the usual design of the upper valve part, which carries the valve disk, the lateral inflow is hardly hindered with the dimensions of the space according to the invention. Almost no or only insufficient space has hitherto been provided on the valve seat side for the unimpeded inflow of filling liquid. According to the invention, an additional space below the outlet edge of the inlet pipe of the minimum height H # 0.5 D1 is sufficient. The idea of the invention is thus formulated through the simultaneous fulfillment of the two above relationships. There are essentially lower limits that must not be exceeded if the valve is to be quiet.

Die bisherigen Betrachtungen beziehen sich auf erfindungsgemasse Massnahmen zur Geräuschverminderung für Ventilstellungen vom Beginn der Strahlablösung bis zur grössten Durchflussöffnung hm. Es ist dies der Bereich in welchem das Ventil die Höchstinenge durchlässt. Im folgenden werden die Strömungsverhältnisse bei Ventilöffnungen beschrieben, die kleiner sind als die maximal mögliche Ringstrahldicke S . Bei solchen Ventilöffnungen ist also der Ringstrahl selbst noch nicht vom Ventilsitz abgelöst. The previous considerations relate to the invention Measures to reduce noise for valve positions from the beginning of the jet separation to the largest flow opening hm. This is the area in which the valve is located lets through the maximum amount. The following describes the flow conditions at valve openings which are smaller than the maximum possible ring jet thickness S. In such Valve openings so the ring jet itself is not yet detached from the valve seat.

Die Durchflussmengen liegen dann unterhalb des Höchstwertes.The flow rates are then below the maximum value.

Zwar wird allgemein die Grundforderung erfüllt eine Abrundung des inneren Randes des Einlaufrohres - r4 in Abb.3 - vorzusehen.It is true that the basic requirement is generally met to round off the inner edge of the inlet pipe - r4 in Fig. 3 - to be provided.

Dadurch soll eine örtliche Ablösung und Wiederanlegung der Strömung an der Innenkante bei kleinen und mittleren Ventilöffnungen verhindert werden. Die-bisher üblichen Abrundungsradien übersteigen aber kaum ein Achtel des Durchmessers des Einlaufrohres. Mit solch schwachen Abrundungen lassen sich aber bei den hohen Geschwindigkeiten örtliche Ablösungen und Wiederanlegung durch Hohlraumbildung nicht vermeiden. Die Folge davon sind Geräuschspitzen, die bei Ventilen bekannter Bauart den Geräuschpegel bei der Höchstdurchflussmenge beachtlich überschreiten. Um den soeben beschriebenen unerxünschten Strömungsmechanismus zu verhindern, wird erfindungsgemäss der Abrundungsradius r4 so gross gemacht, wie die geometrischen Abmessungen des Zulaufrohres unter Vors ehung einer endlichen ebenen Dichtungsfläche zulassen. In Abb.3 entsprechen die Raaienverhsltnisse r2/r1 und r3/r1 etwa denen der handelsüblichen Ventile. Unter diesen Bedingungen kann ein Mindestradius r4 von drei Achtel des Rohradius r1 ausgeführt werden. Mit wachsendem Krümmungsradius lasst sich die Dichtungsflache entsprechend verkleinern ohne dass eine bleibende Verformung der Dichtungsscheibe d befürchtet werden muss. Wenn man berücksichtigt, dass das heute erhältliche Dichtungsmaterial einen hohen Widerstand gegen bleibende Verformungen aufweist, und in die Ventiloberteile eingebaute Verschleissbremsen die Dichtungspressungen wirksam und zuverlässig begrenzen, dann kann man den Aussendurchmesser des Einlaufrohres D3 gleich dem Durchmesser D2 der Dichtungsscheibe machen. Man erhalt auf diese Weise den grösstmöglichen Krümmungsradius r4 = r2 ~ r1 Der Erfindungsbereich lässt sich somit durch die Beziehung r2 - r1 # r4 # 3/8 r1 Da die Strömungsgeschwindigkeit vom Rohreinlauf bis zur Austrittskante stetig zunimmt, und die absoluten Drücke entsprechend fallen, ist die Gefahr der örtlichen Hohlsogbildung nahe der Austrittskante grösser und macht dort eine Vergrösserung des Krümmungsradius über r4 = r2 - r1 wünschenswert. Der Idealfall wäre eine Parabelkontur, bei welcher der Krümmungsradius mit dem Abstand von der inneren Rohrwand stetig zunimmt.This is intended to result in a local detachment and re-application of the current at the inner edge of small and medium-sized valve openings. The-so far However, the usual rounding radii hardly exceed one eighth of the diameter of the Inlet pipe. With such weak roundings, however, at the high speeds Do not avoid local detachments and re-application due to the formation of cavities. the The consequence of this are noise peaks that increase the noise level in valves of known design exceed considerably at the maximum flow rate. To the one just described According to the invention, the radius of curvature is used to prevent undesired flow mechanisms r4 made as large as the geometric dimensions of the inlet pipe under Vor Allow a finite flat sealing surface to increase. In Fig.3 correspond to the Raaienverhsätiken r2 / r1 and r3 / r1 about those of the commercially available valves. Under these conditions can be a Minimum radius r4 of three eighths of the Tube radius r1. As the radius of curvature increases, the sealing surface can be reduce accordingly without permanent deformation of the sealing washer d must be feared. If you take into account that the sealing material available today has a high resistance to permanent deformation, and in the valve bonnets built-in wear brakes effectively and reliably limit the seal pressures, then the outer diameter of the inlet pipe D3 can be equal to the diameter Make D2 of the sealing washer. In this way you get the largest possible radius of curvature r4 = r2 ~ r1 The scope of the invention can thus be determined by the relationship r2 - r1 # r4 # 3/8 r1 Because the flow velocity from the pipe inlet to the outlet edge steadily increases, and the absolute pressures fall accordingly, is the danger of local cavitation near the trailing edge and makes an enlargement there of the radius of curvature over r4 = r2 - r1 is desirable. The ideal case would be a parabolic contour, at which the radius of curvature increases with the distance from the inner pipe wall increases.

Im Hinblick auf eine ebene Dichtungsfläche ist es erfindungsgemäss vorteilhafter den Ventilsitz mit zwei Bögen von verschiedenen Radien zu begrenzen, wie dies an dem vergrösserten Ausschnitt der Abb.3 demonstriert ist.It is according to the invention with regard to a flat sealing surface it is more advantageous to limit the valve seat with two arcs of different radii, as demonstrated in the enlarged section of Figure 3.

Wie eingangs bereits ausführt, lassen sich die Erfindungsgedanken nicht nur bei Auslaufventilen sondern auch bei Drucki:iinderungsventilen analog verwirklichen. Ein erfindungsgemässes Druckminderungsventil ist in Abb.4 dargestellt. As already stated at the beginning, the inventive ideas not only with outlet valves but also with pressure relief valves analogously realize. A pressure reducing valve according to the invention is shown in Figure 4.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

Pressure reducing and discharge valves for liquids, characterized by the combination of the following features: 1. The diameter Dv of the furnace space is over its entire axial extent in its relationship to the diameters of the inlet pipe D1 and the sealing washer D2 by the relationship set.

2. The top edge of the inlet pipe must be at least H # 0.5 Di can be arranged freely in the stilling room.

3. Pressure reducing and discharge valves for liquids according to the Combination claims 1. and 2., characterized gekeun-, that the with a inlet pipe provided with a sharp outlet edge on its inside with a rounding is provided whose radius of curvature rd by the relationship r1 - r1 # r4 # 3/8 r1 is defined.

4. Pressure reducing and discharge valves for liquids, according to the Combination claims 1 and 2, characterized in that the valve seat contour consists of an inner curvature of radius (r2 - @ r1) / n and a subsequent one outer curvature of radius n (r2 ri), where the number n between 1.5 and 2.5 can be selected.

L e r s e i t e