DE1922470A1

DE1922470A1 - Verfahren zur Steuerung der Stroemung von fluiden Medien mit Energieverlust und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1922470A1
Application number: DE19691922470
Authority: DE
Inventors: Self Richard Ernst
Original assignee: SELF RICHARD ERNST
Current assignee: Control Components Inc
Priority date: 1968-05-06
Filing date: 1969-05-02
Publication date: 1970-09-24
Also published as: GB1268073A; DE1966891C2; DE1966891A1; FR2007946A1; DE1922470B2; CA929826A; DE1922470C3; JPS4825333B1; DE6917863U

Description

Verfahren zur Steuerung der Strömung von fluiden Medien mit Energieverlust und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung bezieht sich auf die Geschwindigkeitssteuerung von strömenden Medien, die unter einem hohen Druck stehen und zwar sowohl Flüssigkeiten als auch G-ase und die Erfindung betrifft insbesondere die Energievernichtung in diesen Medien, um Beschädigungen und Zerstörungen auszuschalten, die üblicherweise als Ergebnis eines wesentlichen Druckabfalls im System auftreten.

Bei der Handhabung von strömenden, fluiden Medien, die einen hohen Druck aufweisen, ist es üblich, Öffnungen mit einem kurzen, verengten Halsquerschnitt, in dem eine hohe Geschwindigkeit herrscht oder Ventile zu verwenden, um Energieverluste oder hohe Druckabfälle zu erzielen. Wenn das fluide Medium sich im flüssigen Zustand befindet und leicht durch Entspannung verdampft oder auf der stromab gelegenen Seite der Öffnung oder der Ventilöffnung in den gasförmigen Zustand übergeht, kann dieses fluide Medium implosiv kondensieren und Schaden bewirkende Stoßwellen erzeugen und eine Erosion hervorrufen und dergleichen. Beispielsweise können heißes Wasser

oder

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oder andere Flüssigkeiten durch Entspannung kondensieren und sich in Dampf oder Gas umwandeln, wenn die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durch den verengten Querschnitt der Öffnung oder durch die Ventilöffnung hindurchgsht und die Flüssigkeit kann dann stromab mit einer Implosionswirkung wieder kodensieren. Dies führt zu einem Energieverlust, erzeugt jedoch Schockwellen mit sehr hoher Energie, die ganz erheblich den stromab gelegenen Abschnitt eines Rohres oder eines Ventiles beschädigen und erodieren können<,

Die Geschwindigkeit, die durch das strömende Medium erreicht wird, wenn dieses durch das Ventil hindurchströmt, hat besonderen Einfluß auf die Steuerfunktion des Ventiles, dessen Lebensdauer und dessen Anwendungsmöglichkeiten. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des fluiden Mediums im Ventil die Strömungsgeschv/indigkeit des fluiden Mediums in der Leitung übersteigt, so treten verschiedene störende Reaktionen auf. Das größte und unmittelbar auftretende Problem ist die schnelle Erosion des Ventilkörpers durch einen direkten Aufschlag der Flüssig-keit oder Tröpfchen und der suspendierten Fremdstoffteilchen in einem Gas oder in einer Flüssigkeit_o Eine zusätzliche Erosion ergibt sich aus der Kavitation, wobei es sich hierbei um eine mit großer Geschwindigkeit erfolgende Implosion des Dampfes gegen die Ausgleichsfläche und das Gehäuse handelt. Zusätzlich zu den erheblichen Problemen, die sich aus der Erosion ergeben, bewirken erhöhte Geschwindigkeiten, daß die Strömungscharakteristiken des Ventiles unvorhersehbar und unregelmäßig werden. Dieses ist der Fall, da die Geschwindigkeitsänderungen ganz erheblich die Einschnürungswirbel

des

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dee Ventiles und die Enthalpien des fluiden Mediums "beeinflussen. Andere nachteilige Probleme, die durch die hohe Geschwindigkeit des fluiden Mediums im Ventil hervorgerufen werden, ist die Erzeugung eines-erheblichen Geräusches, die Ermüdung des Ventilmaterials und eine mögliche Zersetzung der strömenden, fluiden Materialien, wie beispielsweise eine Zersetzung von Polymeren.

Diese Probleme, die durch die hohe Innengeschwindigkeiten in Ventilen auftreten, sind der Ventilindustrie bereits seit Jahren bekannt. Vorgeschlagene Lösungen waren die Verwendung härterer Legierungen und in letzter Zeit eine Beherrschung der Geschwindigkeit. Obwohl dies etwas geholfen hat, wurde -das Grundproblem, nämlich die hohe Geschwindigkeit nicht ausgeschaltet.

Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung werden diese und andere Nachteile dadurch gelöst, daß die Energie eines unter hohem Druck stehenden strömenden Mediums dadurch vernichtet wird, daß die Strömung auf eine Vielzahl von Kanälen unterteilt wird, in denen schnelle Richtungsänderungen in der gleichen oder in verschiedenen Ebenen stattfinden, beispielsweise mittels einer im allgemeinen labyrinthartig genuteten Scheibe, mittels einer Baugruppe aus skelettartigen und scheibenförmigen Prallgittern, wobei duroh diese Elemente für das fluide Medium gewundene Strömungsbahnen erzeugt werden.

Ein wesentliches Ziel der Erfindung ist es, Energieverluste in einem unter hohen Druck stehenden, strömenden, fluiden Medium zu erreichen, ohne die Geschwindigkeit und die Reaktionsschockwellen zu erhöhen und dadurch

werden

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werden Beschädigungen und Erosionen der Anlage ausschaltet»

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Geschwindigkeit des fluiden Mediums zu steuern und diese im wesentlichen auf diejenige innerhalb des zugeordneten Leitungssystems zu begrenzen, wobei Energieverluste hervorgerufen werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein neues Verfahren und neue Vorrichtungen zur Unterteilung und Steuerung eines unter hohem Druck stehenden fluiden Mediums in eine Anzahl von kleineren Strömen zu schaffen und in dem fluiden Medium mehrfach winkelförmige Strömungsrichtungsänderungen hervorzurufen, wobei diese Strömungsrichtungsänderungen praktisch gewunden sind und wobei bei diesen Strömungsrichtungsänderungen Energie verloren geht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, neue und verbesserte Einrichtungen zur Steuerung sowohl.der Geschwindigkeit als auch des Druckes eines strömenden, fluiden Mediums derart zu schaffen, daß Probleme der Erosion, der Steuerung, der Geräuscherzeugung und der Ermüdung ausgeschaltet werden, die üblicherweise bei Strömungen mit hoher Geschwindigkeit auftreten.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine Steuereinrichtung für iLuide Medien mit hohen Energie verlust en oder mit Energievernichtung zu schaffen, wobei diese Steuereinrichtung in sehr vielen Fällen nützlich ist und verwendet werden kann.

Andere

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Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert "werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine längsschnittansicht einer Steuerung für fluide Medien, in der ein hoher Energieverlust erzielt wird nach der Erfindung und zwar in Form eines Ventils,

Fig. 2 eine vergrößerte Teildraufsicht auf einen Ausschnitt eines skelettartigen, scheibenförmigen Prallgitters gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittansicht im verkleinerten Maßstab, genommen längs der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine der akelettförmigen Scheiben, die in der Prallgitterbaugrupe verwendet wird,

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht, genommen längs der Linie V-V der Fig. 4>

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine andere skelettförmige Scheibe, die in der Prallgitterbaugruppe verwendet wird,

Fig. 7 eine vergrößerte Teilschnittansicht, genommen längs der Linie VII-VII der Fig. 6,

Fig_e 8 eine Draufsicht auf eine Scheibe, die wenigstens auf einer Oberfläche eine Musteranordnurig von Unterteilungskanälen in Labyrinthform aufweist, in denen ein Reibungsverlust stattfindet, wobei diese Scheibe anstelle der in Fig.1 dargestellten Scheiben verwendet werden kann,

Figo 9 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform der genuteten Scheibe, die eine Labyrinthanordnung aufweist,

Fig.10

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Fig.10 eine Schnittansicht und teilweise Seitenansicht einer Stapelanordnung von mit vielen Kanälen versehenen Geschwindigkeitssteueracherben in einem Auspuff oder Schalldämpfer,

Pig.11 eine Vertikalschnittansicht eines Stapels mit Geschwindigkeitssteueracheilien, die eine Vielzahl von Unterteilungskanälen aufweiaen und zwar in einem Überströmventil
und

Fig.12 eine Anordnung von gestapelten öeaohwindigkeitssteuerscheiben in einer Kombination eines Entlüftung sventils und eines Schalldämpfers·

Die Erfindung kann "bei einem Steuerventil 10 (Fig.1) verwendet werden, welches ein Ventilgehäuse 11 aufweist, in dem ein Ventilverschlußkörper 12 montiert ist, der einen Durchlaß 13 ateuert, der sich durch die unter einem Winkel angeordneten hohlen Abschnitte 14 und 15 erstreckt. Es sind Flansche 17 und 18 an den offenen Enden des Gehäuses vorgesehen, mit denen das Gehäuse mediumdicht mit anderen Teilen verbunden werden kann, die als Verlängerungen des Durchlasses 13 in einem Strömungssystem dienen, bei welchem ein unter hohem Druck stehendes fluides Medium in das Gehäuse durch den Abschnitt 14 eintreten kann und durch den Abschnitt 15 mit geringerer Geschwindigkeit und/oder mit geringerem Druck austreten kann. Um den Durchlaß oder Kanal 13 zu steuern, ist der Ventilkörper 12 koaxial hin und her beweglich im Gehäuseabschnitt 14 derart gelagert, daß dieser Ventilkörper zwischen einer Schließstellung, in der eine Schulter 19 am Ventilkörper gegen einen Ventilsitz 20 anliegt, der am inneren Ende des Abschnittes des Kanals 13 innerhalb dea Gehäueeabsrnnittes 14 vor-

gesehen

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gesehen ist und einer offenen Stellung beweglich ist, in der der Ventilkörper in einen hohlen Eührungskopf 21 hineingeführt ist, der sieh koaxial von der gegenüberliegenden Seite aus zum Abschnitt 14 erstreckt. Die Hin- und Herbewegung des Ventilkörpers 12 erfolgt mittels eines Ventilschaftes 22, der sich durch eine Stopfbuchse 23 ia» Kopfende des Eammerabschnittea 21 nach außen erstreckt·

Energieverluste in dem mit hohem Druck strömenden Medium im Kanal 13» und zwar ohne daß schädliche Geschwindigkeiten und plötzliche Druckabfälle auftreten, werden dadurch erzielt, daß d&e Medium in eine Vielzahl individueller Ströme von verhältnismäßig geringem Querschnitt aufgeteilt wird und daß diese Ströme durch entsprechende Kanäle hindurohgeleitet werden, die gewundene Bahnen bilden und in denen schnelle Biohtungaänderungen in der gleichen oder in verschiedenen Ebenen auftreten, um Reibungsenergieverluste zu erzeugen und um die Geschwindigkeit im wesentlichen auf diejenige zu vermindern, mit der das fluide Medium das Ventilgehäuse verlassen soll«

Zu diesem Zweck ist eine Energieverlustkanalbaugruppe im Durchlaß 13 derart angeordnet, daß diese Baugruppe durch das fluide Medium durchströmt wird. Obwohl diese Baugruppe '24 oder dieser Körper einfach eine Trennwandung von geeigneter Dicke am inneren Ende des Abschnittes des Kanals in Gehäuse 15 sein kann oder eine Baugruppe, die längs dieses Kanalab3chnittes irgendwo angeordnet sein kann oder sogar im Abschnitt des Kanals innerhalb des rohrförmigen Gehäuseabschnittes 14 und zwar in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung der Einrichtung, ist beim dargestellten Steuerventil

die

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die Baugruppe 24 derart aufgebaut und angeordnet-, dsß~ diese Energievernichtungskanäle aufweist, die praktisch vom Ventilkörper 12 gesteuert werden. Zu diesem Zweok weist die Baugruppe 24 eine innere Oberfläche auf, die derart ausgebildet und angeordnet ist, daß längs dieses? der Ventilkörper gleitet. Bei einer vorteilhaften Aus= führungsform, bei der - wie dargestellt - der Ventil» körper 12 ein zylindrischer Yentilkörper ist, kann die Baugruppe 24 die Form eines Ringes haben und eine derartige Länge, daß diese Baugruppe gegen die gegenüberliegenden Sitze 25 anliegen kann, die im Gehäuse um den Ventilsitz 20 herum und um das innere Ende der Ventil= führungsoberfläche im G-ehäusekopf 21 vorgesehen sind, wobei diese Baugruppe eine innere zylindrische Oberfläche hat, die eine konzentrische Fortsetzung der Führungsoberfläche ist» Obwohl das Gehäuse 11 in 3?ig»1 als einteiliges Gehäuse dargestellt ist und obwohl der Ventilkörper 28 als einteiliger Körper dargestellt ist, sei bemerkt, daß jede bevorzugte mehrteilige Konstruktion entweder für das Gehäuse oder für den Ventilkörper oder für beide vorgesehen sein kann. Der Ventilkörper 24 kann ein Gußkörper oder Formkörper sein, der mit dem Gehäuse zusammengesetzt ist und das Gehäuse kann in geeigneter Weise unterteilt sein, um den Ventilkörper 24 wie gewünscht einzusetzen oder auszubauen.

bereits dargelegt, ist beim Betrieb eines Steuerventils und für die lebensdauer und die Anwendung eines Steuerventils die hohe Geschwindigkeit ein Hauptproblem, die durch das strömende Medium erreicht wird, wenn es durch das Ventil hindurchgeht. Diese Geschwindigkeitsersoheinung kann durch die Gleichung V = V2gh

erläutert

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erläutert werden, in der Y die Geschwindigkeit₉ g die Gravitationskonstante und h der veränderliche atatische Druckabfall am Ventilsitz ist«, In allen Ventilen ist V eine direkte Punktion des Druckabfalles ars Ventilsitz und V nimmt entsprechend mit der Zunahme des Druckabfallszu.

Dadurch, daß die Strömung in eine Vielzahl von kleineren Strömen in den individuell gestalteten Kanälen unterteilt wird, die Windungen und/oder Strömungsbegrenzungen aufweisen, vermindert jede Windung und Strömungsbegrenzung den Druck um eine Geschwindigkeitsdruckhöhe pro Windung, wodurch die Basiagesehwindigkeits gleichung wie folgt abgeändert wird V = \/2Tgh/lJ , wobei N die Anzahl der Kurven oder Drehungen in der Reihe der individuellen Strömungskanäle darstellt« Dieses Konzept und diese Arbeitsweise ermöglichen, sowohl die Geschwindigkeit als auGh den Druck auf jede gewünschte Größe einzusteuernο

Für eine zusätzliche vorteilhafte Anwendung der Prinzipien der Erfindung bei der Entwicklung eines Widerstandes gegen die Strömung und um eine wirkungsvolle Anpassung an die Expansion von Gasen in den Steuerkanälen zu erreichen und um die Einrichtung leicht reinigen· zu können und um einen kompakten Aufbau zu erhalten und um einen Druckabgleich am VentiLkörper zu erzielen und um die besten Ventilabdichtungstechniken in einfacher Weise verwenden zu können, ist in der Baugruppe 24 eine im allgemeinen labyrinthartige Anordnung von mit Energieverlusten behafteten Strömungssteuerkanälen vorgesehen und zwar dadurch* daß diese Baugruppe als Stapel von ringförmigen Scheiben aufgebaut ist, die gemeinsam

derart 009839/1190

derart ausgebildet und angeordnet sind, äaß diese Kanälo gebildet v/erden»

Bei einer vorteilhaften Aus fßnriings fores ist eine Skelett= artige Prallgitterscheibe 27 sii einer komplementären skelettartigen PrallgittersGheibe 28 paarweise angeordnet und jedes Seheibenpaar ist τοπ jedes anderen Sehei-= benpaar durch eine im wesentlichen undurchlässige End= verschlußscheibe 26 getrennt« Alle diese Scheiben können in wirtschaftlicher Weise als Stanaformteile aus geeigneten Materialien hergestellt werden, ofovjohl andere Herstellungsarbeitsgänge, "wie "beispielsweise Gießen^ Formen und dergleichen angewendet werden können₀

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Scheiben 27 und 28 entsprechende Yerteilungen iron Durchbohrungen auf derart, daß, wenn die Scheibenübereinandergeschichtet und in richtiger Weise bezüglich der Unifänge ausgerichtet sind| um die Durchbohrungen in teilweise überlappende Stellungen zu !bringen, DurchlaiBkanäle gebildet werden, die sich von Kante zu Kante der Baugruppe erstrecken, wodurch gewundene Bewegungsbahnen für die Strömung des fluiden Mediums erzeugt werden. Zu diesem Zweck weist jede der Scheiben 27 ein G-ittermuster auf, welches eine sinusförmige Anordnung von langgestreckten, radialen Prallstäben 29 umfaßt, deren innere Enden durch alternierende Paare von in Umfangsrichtung verlaufenden Prallstäben 30 verbunden sind und deren äußere Enden in alternierend versetzter Weise durch Umfangsprallstäbe 31 verbunden sind. Dadurch werden alternierende, im allgemeinen haarnadelartige Prallstababschnitte geschaffen, wobei diese Abschnitte die äußei'en Umfangsverbindungsstangen 31 aufweisen, die sieh von den entsprechenden " 009839/11SO

-■ c 9 ο λ, 7 O

sprechendes Ite.l wassern au£ s^üli außen 3f:;;i-:.',i rind die iiöaehnitt®? dis i,ie inneren ü^ioigsverMsa^igsstangen aufweisen, die aioh von den Bafesesaera cts naoh außen erstrecken» Jciior der sich naci, innen ÖffeszisLea. HaaraaaelabaoiHiitv^ seist ein® Aiasaiil von is I^fcmgsrichtung auer und radial im Abstand, "/cöiöiiiander SK'xsorclaete Unterteilungsprsllstäbe 32 a'j.f ₃ äis die Ιε:: .^g ε treckten Stäbe 29 verfeinden· Beim Tro^üsgenden B'Di35isl handelt @a sich um drei Uaterteilpjj.^x^r.llatäbe 3S₃ "Der innere Stab 32 ist vom ^ündungscciii Λ c Abschnittes i® Abstand angeordnet und Sie entspr"3e':jjiCon Stäbe 33- "bilden zwischen sich und Eit den States 29 und 31 EViifsinanderfolgende Durchläse©_r clie in äijsss Beispiel Tiereckig sind und innerhalb deasm die Stä"':o S2?all- οά,βτ Aölenkoberflachen aufweisen* Ia ähnliche■-? jedoch versetzter Beziehung zu den Stäben 32 ez-atrsiksn sioli craer verlaufende Teilungsprallstangen 33 zwiseJi-is. den langgestreckten Stangen 29 und sind mit diess-n integral ausgebildet und begrenzen die radial nach außen sich öffes-Ztden haarnadelartigen Abscldiiitte, Die radial äußerste iar Stangen 33 'ist von der Mündung oder von der öffnung ifarea Abschnittes im Abstand nach innen angeordnet uE.il die Stäbe 33 sind von den anderen und von den inneren Bndverschlußstäben 30 im Abstand angeordnet? um offene Querschnitte oder Durchlässe zn bilden? in denen die Stäbe Pralloberfläohen aufweisen.

Jede der Scheiben 28 weist ein reguläres Gittermuater auf, in welchem im gleichen Umfangsabstand voneinander angeordnete, langgestreckte, radiale irallstangen 34 an ihren inneren Enden mit einer kontinuierlichen ringförmigen inneren Umfangsstange 35 verbunden sind und an

ihren 009839/1190

ihren äußeren Enden mit einer kontinuierlichen ringförmigen äußeren Umfangsstange 37, -wodurch radiale Segmente geschaffen werden. Jedea der radialen Segmente ist zwischen den Stangen 35 und 37 duroh in Umfangsrichtung sieh erstreckende, im radialen Abstand voneinander angeordnete Sätze von in umfangarichtung aich erstreckenden UnterteiltJingaatäben 38 unterteilt, wobei dieae in jedem aufeinanderfolgenden radialen Intervall in Umfangariohtung mit ähnlichen Stangen oder Stäben der anderen Segmente fluchten, so daß in einem gewissen Sinn diese ale kontinuierliche, fortschreitende, aufeinanderfolgend in radialem Abstand voneinander angeordnete Gitterstangen angesehen werden können.

In der Schichtbaugruppe eines jeden Paares der Skelett— artigen Scheiben 27 und 28 sind die entsprechenden Gitterstäbe so aufgebaut, und in Bezug aufeinander angeordnet, daß jeder der radialen Stäbe 34 der Scheibe 27 in der Mitte radial längs einer der nach innen geöffneten Absohnitte der Scheibe 27 liegt und die radial sich erstreckenden Stäbe 32 der Scheibe 27 erstrecken sich radial zwischen und im Abstand zu den Stäben 34 derart, daß die nach außen sich öffnenden Abschnitte der Scheibe 27 sich radial nach außen in der Mitte relativ au den zugeordneten Abschnitten der Scheibe 28 öffnen. Ferner ist die doppelte Anzahl von Unterteilungsatäben 38 in jedem der Segmente der Scheibe 27 vorgesehen, als Querunterteilungsstäbe 32 und 33 in den Abschnitten der Scheibe 27 vorgesehen sind, wobei der radiale Abstand der entsprechenden Unterteilungsstäbe der Scheibe so bemessen ist, daß eine fortlaufende Ausfluchtung mit den entsprechenden Stäben der anderen Scheibe in diesem Fall vorhanden ist, um entsprechende alternierende

Abblockungen

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Anlockungen der radial geführten Mediumströme zu schaffen, beispielsweise von dem inneren Umfang der Baugruppe, her, wie es durch die Richtungspfeile in Pig,2 gezeigt ist, um die Strömung' in einer gewundenen Bahn zuerst in die öffnungen zu leiten, die durch die nach innen geöffneten Haarnadelabschnitte der Scheibe 27 gebildet werden und dann seitwärts in einen der benachbarten offenen Querschnitte der Scheibe 28 und dann über den innersten der TJnterteilungsstäbe 38 in den innersten der offenen Querschnitte des sich nach außen öffnenden Haarnadelabschnittes der Scheibe 27 und dann in die nächste nach außen führende Öffnungen, die dem Segment der Scheibe 28 am nächsten liegt. Dann muß das fluide Medium in den innersten stabumschlossenen Querschnitt des Eintritts-Haarnadelabschnittes hineingehen und dann eine derartige gewundene Strömungsbahn wiederholt durchlaufen, bis das' fluide Medium aus einer Öffnung der radial nach außen sich öffnenden Haarnadelabschnitte der Scheibe 27 austritt. Wenn sich das fluide Medium längs der herauf und hinunter, vor und zurück führenden, in mehreren Ebenen liegenden, serpentinenartigen, in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Windungen und Biegungen mit Richtungsänderungen in den gewundenen Strömungsbahnen in den Kanälen bewegt, die durch die Gitterseheibe zwischen den entsprechenden Endverschlüsaen für jedes G-itterpaar vorgesehen sind, treten hohe Energieverluste oder Energievernichtungen auf. Eine fortschreitende Zunahme des Strömungsquerschnittes der Kanäle durch die fortschreitende Verbreiterung und Verlängerung der Gitteröffnungsquerschnitte von innen nach außen hat einen zunehmenden Geschwindigkeitsdämpfungseffekt.

Um

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Um sicherzustellen, daß alle die verschiedenen Scheiben in der Stapelbaugruppe die richtige relative °rientierung haben, können sie mit Markierungen versehen sein, wobei diese Markierungen fluchtende Bohrungen 39 an einer ^stelle oder an mehreren ^teilen im Randbereich aufweisen und zwar vorzugsweise am inneren Randabschnitt, wobei hier die Stäbe der Gitter etwas breiter sein können als am äußeren Umfang, und es kann ein Fixierstift 40 oder es können mehrere ^ixierstifte 40 vorgesehen sein, die sich durch die fluchtenden Bohrungen hindurch erstrecken·

Es sei bemerkt, daß der Durchmesser, die Dicke, die Anzahl und die spezielle Gestaltung der Sitter und dergleichen verändert werden können, was im Rahmen der Erfindung liegt·

Für viele Zwecke kann eine einfache gestapelte Scheibenanordnung vorteilhaft sein, bei der die Körperabschnitte der Scheiben mit Ausnahme einer zentralen Öffnung keine Öffnungen aufweisen und wobei das labjrintliAÖrmige Kanalsystem die Form von luten aufweist, die sich zwischen den inneren und äußeren Eändern der Scheiben auf einer oder mehreren Oberflächen erstrecken» Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Scheibe ist in Mg₀S dargestellt. Eine ringförmige Scheibe D hat auf wenigstens einer Seite eine Anzahl von Strömungsunterteilungsund -s teuer kanälen P in Form von Hüten, wobei ein derartiger Kanal in einer einer Anzahl von Κχ-eissektorflächen liegt. Biese &reissektorflachen sind durch die radialen Sektorlinien S gekennzeichnet und bei diesem Beispiel sind drei gleiche Sektoren vorgesehen. Um

erne

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eine große Expaii3ianskapazität zu erhalten, beginnt jeder Kanal P mit einem Eintritt, der an der inneren Kante der Scheibe B mündet und der Kanal wird duroh eine Vielzahl von im wesentlichen rechtwinkligen Biegungen und Abweichimgen fortgesetzt und führt zu einer Vielzahl von Auslässen an der äußeren Kante der Scheibe· Im ersten Eintrittsabschnitt des Kanals sind acht aufeinander-folgende, im wesentlichen rechtwinklige Biegungen vorgesehen, wobei vier Schenkel der Biegungen in umfangsrichtung liegen und vier in radialer Richtung, wobei sich ein Schenkel radial nach innen und drei radial nach außen erstrecken. Vom ersten Abschnitt an teilt sich der Kanal in zwei -Umfangsrichtungen auf und zwar in einen gebogenen Abschnitt 41, der kürzer ist als der Sektorabsohnitt und an jedem Ende befindet sioh eine rechtwinklige Biegung in einer radialen Richtung, wobei diese in Abschnitte 42 führt, in denen acht im wesentlichen rechtwinklige Biegungen vorgesehen sind, die im allgemeinen den Biegungen des ersten Abschnitts entsprechen. Von den Abschnitten 42 verläuft der Kanal in einen gebogenen Abschnitt 43, der eine Länge hat, die im wesentlichen gleich der Breite des Sektorabsohnittes ist und von dort aus führt der Kanal in eine Anzahl von Winkelabschnitten 44 und zwar beim vorliegenden Ausführungsfbeispiel -vier. Jeder dieser Abschnitte 44 weist a'cht im wesentlichen rechtwinklige Biegungen auf und jeder dieser Abschnitte 44 mündet in einen gebogenen Endabschnitt 45* wobei dieser sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Sektorabschnittes erstreckt. In der Endphase weise der Kanal eine Vielzahl von Abschnitten 47 mit acht Biegungen auf, wobei die Anzahl größer ist als die der Abschnitte 44 und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um sechs

derartige 009839/1190

derartige Abschnitte. Die Abschnitte 47 gehen vom gebogenen Abschnitt 45 aus und jeder mündet in die äußere Kante der Scheibe. Zusätzlich zu einer fortschreitenden Zunahme der Anzahl der winkelförmigen Abschnitte kann der Strömungsquersohnitt einer jeden der fortlaufenden Nutenabschnitte gegenüber dem der unmittelbar vorhergehenden Abschnitte vergrößert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Fig.9) kann eine Scheibe DD auf wenigstens einer ihrer Seiten eine im wesentlichen große Anzahl von Sektoren aufweisen, die zwischen Sektorlinien S^! dargestellt sind. Beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel handelt es sich um zwölf derartige Sektoren. Jeder Sektor kann eine entsprechende Steuerkanalnut PP aufweisen,, Bei dieser Anordnung setzt sich jede Nut in einer im allgemeinen labyrinthförmigen Weise in ihrem Sektur durch aufeinanderfolgende, im allgemeinen rechtwinklige, druckvermindernde Windungen fort und zwar kontinuierlich längs im allgemeinen in Umfangsrichtung liegenden, S-förmigen Abschnitten 48, die mit ähnlichen, jedoch entgegengesetzt sich erstreckenden Abschnitten 49 alternieren, wobei diese Abschnitte vom radial inneren Ende zum radial äußeren Ende des Durchlasses fortschreitend langer werden. Es ist zu erkennen, daß in jedem der Abschnitte 48 und 49 der Mediumstrom acht Wendungen durchführt. Um unzulässige Druckabfälle am Auslaßende' des Kanals zu vermeiden, wobei trotzdem auf den Vorteil einer letzten Biegung nicht verzichtet wird,.kann der Austritt eine Anzahl Durchlässe 50 aufweisen, ^eim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um drei Durchlässe.

Im 009839/1190

Im Betrieb einer jeden der beschriebenen Einrichtungen oder im Betrieb von anderen Ausführungaformen sind die Beziehtingen derart, daß die steuernden, gewundenen, unterteilenden, Energie vernichtenden Kanäle die Wirkung haben, daß die Geschwindigkeit an den Austrittsenden der Kanäle etwa gleich der Geschwindigkeit ist, die stromab vom Steuerkanalkörper erwartet wird. Der größte Teil der Energie oder der Druck höhe wird auf diese Weise vernichtet und Kavitationen werden ausgeschaltet und Erosionen des Sitzes oder anderer- Steuerorgane in einem Ventil werden ebenfalls ausgeschaltet und ferner werden Geräuschentwicklungen, die bei Kavitationen oder hohen Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, verhindert und Einschnürungseffekte, die auf die Ventilsteuerung einwirken, werden ebenfalls ausgeschaltet. Weiterhin wird die schädliche Molekülkettentrennung in Polymeren verhindert, die durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten in Ventilen erzeugt werden kann.

Mit dem Ventil 10 kann die Steuerung einer Strömungsmenge durchgeführt werden und zwar von einer vollständigen Absperrung bis zur Höchstströmungsmenge mittels einer Einstellung des Ventilkörpers 12 axial innerhalb der axialen zentralen Kammer im Steuergehäuse*

Zusätzlich zur Anwendung der Erfindung in Steuerventilen können zahlreiche andere Anwendungen vorgesehen sein, um im hohen Maß hohe Energieverluste bei der Steuerung von fluiden Medien zu erzielen. Beispiele sind: Hochdruckschalter, Überströmventile, Entlüftungsventile, Speisepumpenumlaufsysteme, Heißtankkühlersysteme, Turbinen-bypass-Anlagen, .Dampfdruckminderer, Gasregler, .Speisewasser-bypasa-Systeme, Wärmespeichersteuerungen,

Umlauf-0 09839/1190

Umlaufpumpendic-irtungen, Wiedererhitzeranlagen, Dampfablaßanlagen, Dampfrückdrucks teuerungen, Pumpenlast-3 teuerungen, Niveaus teuerungen, Temperatur a teuerungen, Drucksteuerungen, Temperaturbelastungssteuerungen, Heißdampf-bypass-Anlagen, Abzüge von Verdampferbehältern, Ammoniakanlagen, Verarbeitungsanlagen von Polymeren, beispielsweise Polyäthylen, Harnstoff und dergleichen ·

Beispielsweise ist in Fig.10 ein Hochdruckschalldämpfer oder Auspuff 51 dargestellt, der einen im allgemeinen kegeistumpfförmigen Mantel 52 aufweist, in den hinein sich eine Rohrleitung 53 erstreckt, deren inneres Ende einen radialen Flansch 54 aufweist« Zwischen diesem Flansch und dem schmalen Endverschluß 55 des ^antels ist ein Stapel 57 aus Scheiben 58 montiert, wobei in den Scheiben irgendeine der bevorzugten Ausführungsformen der Strömungsunterteilungskanäle vorgesehen sein kann, die im vorstehenden beschrieben wurde, wodurch mittels dieser Kanäle das unter hohem Druck stehende fluide Medium aus der lieitung 53 einen hohen Druckabfall erleidet. Weiterhin wird dieses Medium noch durch eine gewundene Bahn in der Expansionskammer geführt, die vom Gehäuse 52 eingeschlossen wird und die sich vom Scheibenstapel 57 zum breiteren Ende des Gehäuses erstreckt. Wenn die sich ausdehnenden fluiden Medien sich durch das Gehäuse hindurch erstrecken, werden diese weiterhin gedämpft und zwar dadurch, daß sie einen vielfach gewundenen Weg zurücklegen müssen, wenn das fluide Medium aus dem äußeren Umfang des Scheibenstapels 57 austritt β Das fluide Medium strömt, gelenkt durch die äußere Wandung, axial auf einem Prallblech 59> welches sich von der Gehäusewandung nach innen

streckt 009 8 39/1190

8treckt und -welches im Abstand um daa Haar 53 herum verläuft. Es wird eine Umlenkung der Strömung zu einem zweiten Prallblech 60 hin durchgeführt, welches sich radial vom Rohr weg erstreckt und im Abstand stromab vom Prallblech 59 angeordnet ist und welches einen kleineren Durohmesser als das umgebende Gehäuse hat, so daß das fluide Medium wieder gezwungen wird, zur Gehäusewandung hinzuströmen» wo das fluide Medium wiederum zu einem dritten Prallblech 61 hin umgelenkt wird, das sioh von der Gehäusewandung nach innen erstreckt und im axialen Abstand vom Prallblech 60 angeordnet ist. Die Bewegung des sich ausdehnenden fluiden Mediums wiederholt die Bewegung, die äur*oh das Prallblech 59 erzeugt wird und ein nachfolgendes inneres Prallblech 62 läßt im wesentlichen die Bewegung wiederholen, die durch das Prallblech 60 erzeugt wurde und zum Schluß bewegt sioh das fluide Medium zu einem Endprallblech 63 an der Gehäusewandung hin und dann zu einem äußeren Ablenkblech 64, welches vom Rohr 53 in einem gewünschten Abstand vom breiteren Ende des Gehäuses und vom Prallblech 63 getragen wird· Bas gedämpfte und expandierte fluide Medium strömt aus dem Spalt zwischen den Prallblechen 63 und 64 um den Dämpfer 61 herum nach außen, wobei sioh der Dämpfer innerhalb einer Anlage einer industriellen Einrichtung befinden kann oder wobei der Dämpfer sich in der Atmosphäre befindet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, nämlich ein Hochdrucküberströmventil ist in fig. 11 dargestellt und weist einen Stapel 67 auf, der aus Scheiben 68 besteht, wobei die Scheiben wenigstens eine der Ausführungsformen der Kanäle haben, die im vorstehenden beschrieben wurden. In diesem Fall bildet der Scheiben-

stapel 009839/1190

atapel 67 einen Teil des Ventilgehäuses, wobei hier gegenüberliegende Endflanaohe 69 und 70 vorgesehen sind, die miteinander verbunden sind, um den Scheibenstapel, einzuspannen. Die Verbindung erfolgt mittels Zugbolzen 71.-Dadurch bleiben der innere Umfang und der äußere Umfang des Scheibenatapela frei, damit gesteuertes fluides Medium durchströmen kann.

Das Überströmventil 65 ist ein automatisches Schalt-~- ventil, welches einen Ventilkörper 72 aufweist, der mittels einer J?eder 73 in die Schließlage gegen einen Sitz 74 gedruckt iat. Dieser Sitz 74 ist in das innere Ende eines Einlaßkanala 75 im Gehäuse 70 eingesetzt und zwar konzentrisch zur Bohrung im Scheibenstapel 67« Um die Kompression und damit den Druck einzustellen, mit dem die· Feder 73 den Ventilkörper 72 andrückt, erstreckt sich ein Ende der Feder über den Ventilkörper hinweg in eine Kammer, die in einer Kappe 77 des Flansches 69 vorgesehen ist. ^Ein Kompressionsflansch 78 drückt gegen das Ende der Feder und weist einen Gewindeansatz 79 auf, der in den Endverschlußabschnitt der Kappe 77 eingeschraubt ist, ao daß die Feder 73 auf den gewünschten Ansprechdruck eingestellt werden kann» Wenn der Druck über den Ansprechdruck zunimmt und der Ventilkörper 72_# fortschreitend vom Sitz 74 abgehoben wird, steht eine fortschreitend größere Fläche des Scheibenstapels 67 direkt dem fluiden Medium zur Verfügung, welches durch die Steuerkanäle in den Scheiben 68 hindurchgeht, wie es durch die Richtungspfeile angedeutet ist und es tritt hier der gleiche Effekt auf, wie er im vorstehenden beschrieben wurde. In einer Kombination eines Überstrom- oder Entlüftungsventils und eines Dämpfers 80 (1^.12) ist ein im allgemeinen

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kegelstumpfförmiges Dämpfergelläuse 81 vorgesehen, v/obei am schmalen Endabschnitt ein Singatapel 82 aus Scheiben 83 vorgesehen ist. Diese Scheiben tragen die entsprechenden einzelnen Kanäle, um hohe Reibungsverluste im fluiden Medium zu erzielen, welches dem inneren Endabschnitt der Bohrung des Stapels durch-ein Einlaßrohr 84- zugeführt wird. Dieses Einlaßrohr ist am Einlaß eines llanschbauteiles 85 befestigt und mittels eines Armkreuzes 87 ist die ganze Baugruppe an der Innenseite des Gehäuses befestigt. Die Steuerung des fluiden Mediums vom Einlaß durch den Stapel erfolgt mittels eines Ventilkörpers 88, der in der Bohrung des Scheibenstapels gleitet» Dieser"Ventiliörper wird mittels eines Ventilschaftes 89 Mn und her bewegt ₉ der mit dem Ventilkörper über ein Armkreuz 90 verbunden ist_e Der Ventilkörper 88 ist relativ zum Scheibenstapel in einer teilweise geöffneten Stellung dargestellt,, Dieser Ventilkörper kann zwischen einer vollständig geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung mittels des S-chaftes 89 bewegt werden. In der vollständig geschlossenen Stellung liegt ein radial nach außen sich erstreckender konischer Plansch 91 am inneren Ende des Ventilkörpers 88 gegen einen komplementären Sitz an der innersten Scheibe des Stapels an und eine Verschlußfläche 93 am äußeren Ende des Ventilkörpers liegt gegen einen komplementären Sitz 94 am Flanschbauteil an, wobei dieser Planschbauteil 95 gegen das äußere Ende des Stapels 82 anliegt und in abnehmbarer Weise mittels eines Einspannflansches 97 gehalten wird« Dieser Einspannflansch wird mittels Schrauben 98 am Befestigungsflansch 99 gehaltene Die Betätigung des Ventilschaftes 89 zur Steuerung der Lage des Ventilkörpers 88 erfolgt

mittels

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mittels einer Steuerung,- beispielsweise über eine Beta= tigungseinrichtung 1OO_? die einen auf einen Brück ansprechenden Kolben aufweisen kann, die ein Solenoid sein kann oder dergleichen, ^ie dargestellt _s ist die Betätigungsvorrichtung 100 auf einer Führungsverlängerung 101 für einen Kolben 102 montiert _s der siGh τοη der Vorrichtung fort erstreckt und an welchem der Ventilschaft 89 befestigt ist« Die Montage der Führung 101 am flansch 95 erfolgt durch eine zentrale llanschverlängerung 103» wobei eine Stopfbuchse 104 vorgesehen ist, durch die hindurch sich der Schaft 89 erstreckt©

Bei einer Öffnung des Ventilkörpers 88 strömt das fluide Hedium unter Energievernichtung durch den .Stapel 82 hindurch und in die Dämpferkammer hinein und strömt längs einer gewundenen Bahn durch diese Kammer hinduroh und tritt im wesentlichen in der gleichen Weise aus«, wie es für den Dämpfer 51 beschrieben wurde_o Die Strömung wird fortschreitend im Winkel umgelenkt und zwar nach innen durch ein erstes Prallblech 105. und dann nach außen durch ein zweites Prallblech 107, dann erfolgen weitere Ablenkungen über ein drittes Prallblech 108 und ein viertes Prallblech 109 und dann wird die Strömung nach innen zum Auslaß hin umgelenkt, und zwar durch ein Prallblech 110 am breitesten Ende des Gehäuses» Wenn die Strömung aus dem Auslaß des Gehäuses austritt, wird die expandierte Strömung radial nach außen durch ein ringförmiges Prallblech 111 abgelenkt, welches an der Leitung 84 befestigt ist und welches im Abstand vom Auslaß des Dämpfers angeordnet ist.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

( 1 · j Strömungssteuereinrichtung mit ,hohem Energie v.er lust für ein Leitungssystem für fluide Medien, in dem die Möglichkeit der Erzeugung eines Druckabfalls besteht, der Serstörungen oder Geräusche hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibenbaugruppe vorgesehen ist, die eine Anzahl von individuellen,im allgemeinen labyrinthförmigen Kanälen bildet, welche im wesentlichen rechtwinklige, die Geschwindigkeit reduzierende Biegungen zwiechen den Einlaß- und Auslaßenden haben und von denen jeder ein Verhältnis von effektiver Länge zum Durchmesser hat, derart, daß dem stromenden Medium hohe Reibungsverluste erteilt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben ringförmig sind und daß die Kanaleinlässe an einer Kante und die Kanalauslässe an der anderen Kante angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnitte der Kanäle fortschreitend zwischen den Einlaß- und Auslaßenden zunehmen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalbiegungen Richtungsänderungen in verschiedenen Ebenen erzeugen.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle Richtungsänderungs-Pralloberflächen in ihrer Längserstreckung aufweisen*

6.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch, gekennzeichnet, daß die .Scheiben miteinander verbundene, komplementäre Abschnitte der Kanäle aufweisen.

7ο Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben Prallgitter mit Öffnungen in den Scheiben aufweisen, die gegeneinander versetzt sind, sich jedoch teilweise überlappen, um diese Kanäle zu bilden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5> 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben paarweise zu Schiohtpaaren zusammengesetzt sind und daß sie im wesentlichen öffnungsfreie Oberflächen aufweisen, die die Kanäle abschließen und zwar an den beiden Endflächen eines jeden Schichtpaares.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Scheiben eines jeden Paares ein Gitterstabmuster von alternierenen Haarnadelabschnitten aufweist, wobei alternierende Abschnitte sich durch eine Kante der Scheibe öffnen und die verbleibenden Abschnitte sich durch die entgegengesetzte Kante der Scheibe öffnen und wobei die Abschnitte langgestreckte Stäbe und Querstäbe haben, die zwischen den Abschnitten verlaufen und im Abstand von den offenen Enden angeordnet sind und daß die andere Scheibe des Paares ein Gi t— terstabmuster hat, welches langgestreckte und Verteiler-Stäbe aufweist, wobei die langgestreckten Stäbe relativ zu den langgestreckten Stäben der besagten Abschnitte versetzt sind und wobei die Verbindungs- und Querstäbe der Scheibe niteinander und mit den langgestreckten Stäben zusammenwirken, um die besagten Kanäle zu bilden.

10. . 009839/1190

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1Ο_β Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle Nuten in nicht mit Öffnungen versehenen Bereichen der Scheiben^ind und Abschnitte zwischen den Windungen aufweisen, die sich sowohl radial als auch in Umfangsrichtung erstrecken..

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten auf Kreissektorabschnitten der Scheinen angeordnet sind und gewundene Bahnen zwischen deren Enden und quer über die Sektorflächen hinweg beschreiben, wobei diese Bahnen zahlreiche Umbiegungen haben, wodurch ■gewundene Bahnen für jeden Kanal gebildet werden, der sich in Umfangsrichtung von radial inneren zu radial äußeren Enden eines jeden Sektorabschnittes verbreiterte

12« Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genuteten Kanäle eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Abschnitten haben, wobei in jedem dieser Abschnitte eine Anzahl von gleichen Windungen vorhanden ist.

13o Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der genuteten Kanäle in Umfangsrichtung sich erstreckende Abschnitte aufweist, die mit aufeinanderfolgenden, radial angeordneten Abschnitten verbunden sind, wobei die Anzahl der Abschnitte, welche die Vielzahl von Windungen aufnimmt, fortschreitend zunimmt.

14ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß eines jeden der genuteten Kanäle eine Anzahl von Öffnungen aufweist.

15»

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15· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine ringförmige Baugruppe, die in einem Ventilgehäuse montiert ist und die DurGhlaßkanäle aufweist, die einen wesentlichen Strömungsquerschnitt haben, wobei diese Kanäle die genannte Flüssigkeit durch den Baukörper hindurch leiten und wobei ein Steuerventil vorgesehen .ist, das in steuerbarer Weise relativ zu den Kanaleinlässen "bewegbar ist«,

16« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14» gekennzeichnet durch eine starre Baugruppe, ein Dämpfer gehäuse, wo·= bei die starre Baugruppe in dem Gehäuse montiert ist, Mittel, die Kanäle in der starren Baugruppe bildenj um alle Flüssigkeit durch die Kanäle hindurch zu leiten, wobei eine Anzahl von Prallblechen vorgesehen ist, um die Strömung in einer gewundenen Bahn zu führen, nachdem die Strömung die Baugruppe verlassen hat.

17· Verfahren zur Steuerung einer Strömung unter Erzeugung hoher EnergieVerluste, dadurch gekennzeichnet, daß das unter hohem Druck stehende fluide Medium in eine Vielzahl von Strömen aufgeteilt wird, daß die Strömungsrichtung dieser Ströme wiederholt im wesentlichen unter rechten Winkeln geändert wird, wodurch hohe Eeibungsverluste entstehen, um die Geschwindigkeit und den Druck der Ströme herabzusetzen.

18. Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme vom Eintritt bis zum Austritt fortschreitend expandieren» /

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