DE1966891C2

DE1966891C2 - High pressure throttle device

Info

Publication number: DE1966891C2
Application number: DE19691966891
Authority: DE
Inventors: Richard Ernst Los Alamitos Calif. Self
Original assignee: Individual
Current assignee: Control Components Inc
Priority date: 1968-05-06
Filing date: 1969-05-02
Publication date: 1982-11-25
Also published as: FR2007946A1; CA929826A; JPS4825333B1; DE1922470C3; DE1966891A1; GB1268073A; DE1922470A1; DE1922470B2; DE6917863U

Description

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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckdrosselvorrichtung der im Oberbegriff des Patentausspruchs 1 bezeichneten Art von einfachem Aulbau und geringem Platztsdarf.The invention relates to a high-pressure throttle device of the type designated in the preamble of patent claim 1, having a simple structure and little space requirement.

Bei herkömmlichen Hochdruckdrosselvorrichtungen wird Im allgemeinen das strömende Fluid durch einen oder mehrere hintereinander liegende verengte Strömungsquerschnitte geführt, so daß an der Drosselstelle die Strömungsgeschwindigkeit, d. h. die kinetische Energie des Fluid, erhöht wird. Beim Abbau hoher Drücke wird dabei die Strömungsgeschwindigkeit des Fluid an der Drosselstelle so hoch, daß es zu einem Materialverschleiß kommt, der das Ventil In kurzer Zeit unbrauchbar macht, und außerdem ein Lärm erzeugt wird, der den zulässigen Pegel bei weitem übersteigt. Wenn das Fluid ss ein«; verdampfbare Flüssigkeit, beispielsweise heißes Wasser, Ist, so sind Verschleiß und Lärm hauptsächlich auf Kavitationen mit nachfolgenden Implosionen zurückzuführen.In conventional high pressure throttle devices, the flowing fluid is generally through a or several one behind the other narrowed flow cross-sections out, so that at the throttle point the flow velocity, d. H. the kinetic energy of the fluid is increased. When relieving high pressures the flow rate of the fluid is thereby applied the throttle point so high that it comes to a material wear that makes the valve unusable in a short time, and also a noise is generated that the far exceeds the permissible level. When the fluid ss a «; vaporizable liquid, e.g. hot Water, Is, so wear and tear and noise are chief attributed to cavitations with subsequent implosions.

Die US-PS 12 43 134 beschreibt eine Vorrichtung zur ω Beseitigung der schädigenden Wirkung großer Wasser= mengen, die unter hohem Druck mit hoher Geschwindigkeit durch Tore oder Ablaßventile strömen, nach dem Prinzip der Umwandlung kinetischer Energie In Wärme. Die Anwendung dieses Prinzips erfolgt nach dieser US-PS für Staudämme In der Welse, daß man dem strömenden Wasser einen Widerstand In der Form einer Gitterstruktur entgegensetzt, die aus einer Anzahl konzentriThe US-PS 12 43 134 describes a device for ω Elimination of the damaging effect of large amounts of water flowing through gates or drainage valves under high pressure at high speed, according to the Principle of converting kinetic energy into heat. The application of this principle takes place according to this US-PS for dams In der Welse that the flowing water is opposed to a resistance in the form of a lattice structure, which is made up of a number of concentric scher Rlngtelle mit H-förmlgem Querschnitt besteht. Die einzelnen, auf gleichem Niveau angeordneten Ringe sind durch Brückentelle miteinander verbunden, und die unter bzw. über einem solchen Gitter angeordneten weiteren solchen Gitter greifen so in dieses Gitter ein, daß das Wasser durch die freien Ringräume von oben nach unten geführt und dabei einerseits durch Wandreibung und andererseits durch Umströmen der rechtwinkligen Kanten durch Innere Reibung kinetische Fnergle in Wärme umgewandelt wird.There is a shear ring with an H-shaped cross-section. the individual rings arranged on the same level are connected to one another by bridges, and the under or above such a grid arranged further such grid engage in this grid that the water passed through the free annular spaces from top to bottom and on the one hand by wall friction and on the other hand, by flowing around the right-angled edges through internal friction kinetic Fnergle in Heat is converted.

Aus der US-PS 12 34 251 ist eine als Dampffalle bezeichnete Vorrichtung mit einem Plattenstapel bekannt, dessen Platten auf Ihren Oberflächen nutenartlge Vertiefungen aufweisen, die zusammen mit entsprechenden nutenartigen Vertiefungen in der Oberfläche der benachbarten Platten jeweils einen Strömungskanal bilden, wobei jeder dieser Strömungskanäle rechtwinklige Windungen, In denen scharfe Richtungsänderungen auftreten, aufweist. Im gesamten Aufbau liegen diese Kanäle In Serie.From US-PS 12 34 251 a designated as a steam trap device with a plate stack known whose plates have grooved recesses on their surfaces, which together with corresponding groove-like recesses in the surface of the adjacent plates each form a flow channel, each of these flow channels being rectangular Has turns in which sharp changes of direction occur. These are in the entire structure Channels in series.

Aus der DE-AS 10 63 432 Ist eine Drosselvorrichtung mit einem Widerstandskörper, in dem das Fluid ähnlich wie In der Vorrichtung der oben genannten US-PS 12 43 134 durch eine räumliche Gitterstruktur geführt und dabei wiederholt scharfen Richtungsanderungen unterworfen wird, bekannt.From DE-AS 10 63 432 is a throttle device with a resistance body in which the fluid is similar to In the device of the above-mentioned US-PS 12 43 134 guided through a spatial lattice structure and repeated sharp changes in direction is subjected to known.

Aus der DE-AS 11 93 325 Ist ein regelbares Einspritzventil bekannt, bei dem ein zylindrischer Kolben zur Steuerung der geradlinig radial durch eine stationäre Hülse, in die er eingepaßt ist, verlaufenden Lochdüsen ausgebildet ist unä auf der stationären Hülse eine weitere mit geradlinig radial verlaufenden Lochdüsen versehene und unabhängig verstellbare Hülse gelagert ist.From DE-AS 11 93 325 a controllable injection valve is known in which a cylindrical piston for Control of the rectilinear radially through a stationary sleeve into which it is fitted, extending hole nozzles is formed and on the stationary sleeve is a further provided with straight, radially extending hole nozzles and independently adjustable sleeve is mounted.

Schließlich 1st es aus der DE-AS 11 42 479 bekannt, in einer Drosselvorrichtung für inkompressible Medien, wie Wasser, zu- und abschaltbare Strömungskanäle von großer Länge und geringem Querschnitt zur Druckminderung durch Reibung vorzusehen. In dieser bekannten Vorrichtung sind die Strömu/igskanäle entweder als radiale, schraubenförmig hintereluender in einem im Gehäuse eingesetzten Drossclkörper angeordnete Bohrungen vorgesehen, oder sie sind bei von Innen nach außen vorgesehener Strömung durch den Drosselkörper durchsetzende kurze Kanäle, die In dünne, schraubenförmig um den DrosselkOrper gelagerte Rohre Obergehen, gebildet, wobei In jedem Fall wie bei der Drosselvorrichtung der erwähnten DE-AS 11 93 325 ein Im Inneren des Drosselkörpers beweglicher Kolben die einzelnen Kanäle öffnet oder schließt.Finally, it is known from DE-AS 11 42 479, in a throttle device for incompressible media, such as water, to provide connectable and disconnectable flow channels of great length and small cross-section to reduce pressure through friction. In this well-known Device are the flow channels either as radial, helical background in one im Housing used throttle body arranged bores provided, or they are in from the inside externally provided flow through the throttle body penetrating short channels, which pass into thin, helically mounted tubes around the throttle body, In each case, as in the throttle device of the aforementioned DE-AS 11 93 325, an inside of the Throttle body movable piston opens or closes the individual channels.

Aufgabe der Erfindung Ist eine Hochdruckdrosselvorrichtung von einfachem Aufbau und bei gleicher Wirkung sehr viel geringerem Raumbedarf als beispielsweise der aus der erwähnten DE-AS 11 42 479 bekannten, In der die Gesamtmenge des strömenden Mediums In eine große Anzahl von Einzelströmen, die durch StrOmungskanäle von großem Verhältnis Länge zu Durchmesser geführt werden, aufgeteilt wird.The object of the invention is a high-pressure throttle device of simple construction and with the same effect, very much less space requirement than, for example known from the aforementioned DE-AS 11 42 479, In of the total amount of the flowing medium in a large number of individual streams passing through flow channels of large length to diameter ratio are led, is divided.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die In den Ansprüchen definierte Auiblldung einer Drosselvorrichtung gelöst.According to the invention, this object is achieved by In the claims defined Auiblldung a throttle device solved.

Die Strömungsgeschwindigkeit V eines Fluid In einer Drosselvorrichtung kann durch die vereinfachte Gleichung V = V2gh, worin g die Gravitationskonstante und h das Druckgefälle beim Durchtritt durch die Vorrichtung Ist, wiedergegeben werden. Das heißt In jedem Fall Ist die Strömungsgeschwindigkeit eine direkte Funktion des Druckabfalls und nimmt mit zunehmendem Druckgefälle zu.The flow velocity V of a fluid in a Throttle device can be represented by the simplified equation V = V2gh, where g is the constant of gravity and h is the pressure gradient when it passes through the device. That means in any case Is the flow rate a direct function of the pressure drop and increases with increasing pressure drop.

Wenn einer der einzelnen Strömungskanäle In der Drosselvorrichtung eemäß der Erfindung N-wlnkelförmlge Windungen aufweist, so sinkt die Strömungsgeschwindigkeit pro Windung entsprechend der Gleichung V = \'2gh/N. Dieses Konzept ermöglicht es, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluid bei gegebenem Druckabfall auf einen gewünschten Wert, Insbesondere einen Wert unter der Kaviiatlonsgeschwlndlgkeit, einzusteuern. If one of the individual flow channels in the throttle device has N-angular turns according to the invention, the flow rate per turn decreases in accordance with the equation V = \ '2gh / N. This concept makes it possible to control the flow velocity of the fluid at a given pressure drop to a desired value, in particular a value below the cavitation velocity.

In den Zeichnungen :stIn the drawings: st

Fig. 1 ein LJngsschniu durch eine Hochdruckdrosselvorrichtung gemäß der Erfindung,1 shows a longitudinal section through a high-pressure throttle device according to the invention,

Flg. 2 eine Draufsicht auf eine ringförmige Platte, die einen Teil des zylindrischen Drosselkörpers bildet, undFlg. Figure 2 is a plan view of an annular plate showing forms part of the cylindrical throttle body, and

Flg. 3 ein Draufsicht auf eine andere Ausführungsform einer solchen ringförmigen Platte.Flg. Figure 3 is a plan view of another embodiment of such an annular plate.

Die durch Fig. 1 veranschaulichte AasführungsformThe illustrated by Fig. 1 Aasführungsform

10 der Drosselvorrichtung gemäß der Erfindung weist ein Gehäuse 11 von etwa der Form eines L auf. Das Fluid iitrömt durch den Kanal 13, der durch ein einem Winkel zueinander liegende Abschnitte 14 und 15 des Gehäuses10 of the throttle device according to the invention comprises a Housing 11 approximately in the shape of an L. The fluid flows through the channel 13, which is at an angle mutually lying sections 14 and 15 of the housing

11 gebildet wird. Die Abschniüe 14 und IS »eisen an Ihren offenen Enden Flansche 17 bzw. 18 auf, durch «lie das Gehäuse mit Rohrleitungen, Tanks und dergleichen verbunden werden kann. Ein zylindrischer Kolben 12 ist so in den Kopfteil 21 des Gehäuses 11 eingepaßt, daß er in diesem und in dem in einem Sitz Im Gehäuseteil 15 angeordneten zylindrischen Drosseikörper 24, der den gleichen lichten Duchmesser wie der Kopfteil 21 des Gehäuses 11 hat, gleitend beweglich ist.11 is formed. Sections 14 and 14 begin Their open ends have flanges 17 and 18, respectively, through which the housing with pipes, tanks and the like can pass can be connected. A cylindrical piston 12 is fitted in the head portion 21 of the housing 11 that it in this and in the arranged in a seat in the housing part 15 cylindrical throttle body 24, which the the same inside diameter as the head part 21 of the housing 11 is slidably movable.

Zum Schließen des Strömungskanals 13 wird der Kolben 12 mittels einer durch eine Stopfbuchse 23 im Kopfteil 21 des Gehäuses 11 geführten Stange 22 bis zum Anliegen der ringförmigen Schulter 19 an seinem unteren Ende an dem Ringsitz 20 am oberen Ende des Abschnitts 14 des Gehäuses U nach unten geführt.To close the flow channel 13, the piston 12 by means of a rod 22 guided through a stuffing box 23 in the head part 21 of the housing 11 to the Rest of the annular shoulder 19 at its lower end on the ring seat 20 at the upper end of the section 14 of the housing U guided down.

Die ringförmige Scheibe D von FI g. 2 weist, wie durch die gestrichelten Linien S gezeigt, zwölf Kreissektoren auf, und durch jeden Kreissektor verläuft ein durch Butartlge Vertiefungen gebildeter Strömungskanal P. Jede Nut verläuft aof einem labyrinthartigen Weg über eine große Anzahl rechtwinkliger Abbiegungen derart, daß das Fluid nacheinander durch Abschnitte 48, die sich konzentrisch zur Mittelachse der Platte erstrecken, und durch Abschnitte 49 von gleicher Form, jedoch umgekehrter Richtung, geführt wird. In jedem Abschnitt 48 und 49 unterliegt das strömende Fluid acht Richtungsänderungen. Um einen unerwünscht starken Druckabfall am Auslaß des Strömlingskanals zu vermelden, kann jedes Austrittsende einer nutartigen Vertlefung mit mehreren öffnungen 50 versehen sein. In Fig. 2 sind jeweils drei solche Austrittsöffnungen 50 gezeigt.The annular disc D of FI g. 2 has, as shown by the dashed lines S, twelve sectors of a circle, and by each sector of a circle, a film formed by Butartlge depressions flow passage extends P. Each groove extends aof a labyrinthine path through a large number of right-angled bends such that the fluid successively through portions 48 , which extend concentrically to the central axis of the plate, and is guided by sections 49 of the same shape, but in the opposite direction. In each section 48 and 49, the flowing fluid undergoes eight changes in direction. In order to report an undesirably strong pressure drop at the outlet of the flow channel, each outlet end of a groove-like depression can be provided with several openings 50. In Fig. 2 three such outlet openings 50 are shown.

Die nutartigen Vertiefungen In der ringförmigen Piatte DD von Flg. 3 sind In drei Kreissektoren, die durch die gestrichelten Linien 5' gekennzeichnet sind, angeordnet, jeder Eintrittsöffnung eines Strömungskanals PP am Innenumfang der Platte entspricht eine Anzahl Austrittsöffnungen am Umfang der Flaue. Nach dem Eintritt des Fluid In den Strömungskanal PP bewirken >i!t Vertiefungen zunächst acht aufeinander folgende i&:tu-*!-,!rllge Richtu'i^sünderungen, wobei vier der auf diesem Teil des Strürmjr.gskanais verlaufenden Teilstrecken konzentrisch zur Ach¹« der Platte und vier In radialer Richtung verlaufen und von den radial verlaufenden eine nach Innen und drei nach außen gerichtet sind. Danach teilt sich der Strömungskanal In zwei In entgegengesetzten Richtungen konzentrisch zur Mittelachse verlaufende bogenförmige Teile des mit 4i bezeichneten Teiles und verläuft dann durch den Abschnitt 42, In dem wiederum acht rechtwinklige Richtungsänderungen vorgegeben werden. Vom Abschnitt 42 strömt das Fluid In den gebogenen Abschnitt 43, der den gesamten, durch die gestrichelten Linien S' gekennzeichneten Kreissektor überspannt, von dort In Abschnitte 44, von denen jeder wiederum acht rechtwinklige Richtungsänderungen aufweist, von dort In einen bogenförmigen Abschnitt 45, der wiederum den gesamten Kreissektor überspannt, und schließlich in Abschnitte 47, die jeweils wieder acht Rir'itungsände-Tungcn aufweisen und von denen eine größere Anzahl als von den Abschnitten 44 bzw. 42 vorgesehen sind. Von den Abschnitten 47 tritt das Fluid am Außenrand der Platte DD nach außen aus. Um der Ausdehnung des Huld bei der Drucksenkung Rechnung zu tragen, kann nicht nur eine größere Anzahl Abschnitte 47 als 42 vorgesehen werden, sonder der Querschnitt der Strömungskanäie In den einzelnen Abschnitten kann fortlaufend erweitert werden.The groove-like depressions in the ring-shaped plate DD from Flg. 3 are arranged in three circular sectors, which are identified by the dashed lines 5 ', each inlet opening of a flow channel PP on the inner circumference of the plate corresponds to a number of outlet openings on the circumference of the floss. After the fluid has entered the flow channel PP > i! T depressions initially cause eight successive i &: tu - *! -,! Rllge directions, four of the sections running on this part of the Strürmjr.gskanais concentric to the axis ¹ ″ of the plate and four run in the radial direction and of the radially extending one inward and three outward. Thereafter, the flow channel divides into two arc-shaped parts of the part designated 4i, which run in opposite directions concentrically to the central axis, and then runs through section 42, in which again eight right-angled changes of direction are specified. From the section 42, the fluid flows into the curved section 43, which spans the entire sector of the circle marked by the dashed lines S ' , from there into sections 44, each of which in turn has eight right-angled changes of direction, from there into an arcuate section 45, which again spanning the entire sector of the circle, and finally in sections 47 which each again have eight directional changes and of which a greater number than the sections 44 and 42 are provided. From the sections 47, the fluid emerges to the outside at the outer edge of the plate DD. In order to take into account the expansion of the relief during the pressure reduction, not only a larger number of sections 47 than 42 can be provided, but the cross-section of the flow channels in the individual sections can be continuously expanded.

Durch geeignete Wahl der Anzahl Platten sowie von Zahl und Anordnung der nutartigen Vertiefungen in den Platten, Insbesondere der Zahl der Richtungsänderungen sowie Änderung des Querschnitts von Innen nach außen sowie der Teilungs- und Vereinigungsstellen, kann die Drosselvorrichtung gemäß der Erfindung jedem gewünschten Druckverhältnis angepaßt werden, wobei der Platzbedarf des ganzen Drossel körpers wesentlich geringer 1st als derjenige der bekannten Drosselvorrlch tungen und Schädigungen des Drosselkörpers durch Kavitation. Erosion und dergleichen sowie Lärm weltgehend ausg schaltet werden können.By suitable choice of the number of plates and the number and arrangement of the groove-like depressions in the Plates, in particular the number of changes in direction as well as changes in the cross-section from the inside to the outside as well as the dividing and merging points, the throttle device according to the invention can be any desired pressure ratio can be adjusted, the space requirement of the whole throttle body is essential is less than that of the known throttle device and damage to the throttle body due to cavitation. Erosion and the like, as well as noise, affecting the world can be switched off.

Durch eine Verschiebung des Kolbens Innerhalb des Drosselkörpers In Richtung zur Schließstellung werden nacheinander Gruppen von durch die Platten gebildeten Strömungskanälen abgeschaltet, wodurch die Kapazität eines bestimmten Drosselkörpers nach Bedarf, d. h. nach der Menge des Fluid, das der Drucksenkung unterworfen werden soll, variiert werden kann. Wenn die Menge des Fluid konstant Ist, kann der Kolben natürlich fortgelassen werden.By moving the piston within the Throttle body In the direction of the closed position, groups are formed by the plates one after the other Shut off flow channels, increasing the capacity of a particular throttle body as required, i. H. after the amount of fluid to be subjected to the pressure reduction can be varied. When the amount of If the fluid is constant, the piston can of course be omitted.

Das Gehäuse 11 muß natürlich nicht einstückig ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise so aus mehreren Teilen zusammengefügt sein, daß es auseinandergenommen werden kann, um den DrcssclMrper 24 zum Zwecke einer Reinigung «vier um ihn durch einen anderen zu ersetzen, zu entfernen.The housing 11 does not have to be formed in one piece, of course, but can, for example, consist of several Parts put together that it is taken apart can be to the DrcssclMrper 24 to Purpose of cleaning «four to replace it with another, to remove.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Hochdruckdrossel vorrichtung. In der eine Vielzahl von Strömungskanälen vorgesehen Ist und die aus einem Ringzylinder und einem in dem Zylinder beweglichen Kolben zum Schließen oder öffnen eines Teiles der Strömungskanäle oder aller Strömungskanäle besteht, wobei die Hauptströmungsrichtung vom ?v^7r> inncriiäib des Zylinders In den Raum außerhalb des Zylinders oder umgekehrt verlauft, die einzelnen Slrömungskanäle ein sehr hohes Verhältnis von Länge1. High pressure throttle device. In which a plurality of flow channels is provided and which consists of a ring cylinder and a piston movable in the cylinder for closing or opening part of the flow channels or all flow channels, the main flow direction from ? V ^ 7r> inside the cylinder to the space outside the Cylinder or vice versa, the individual flow channels have a very high ratio of length zu Durchmesser haben und Ihre Lunge größer als der radiale Abstand zwischen Ihren Einlaß- und Auslaßquerschnitten Ist, dadurch gekennzeichnet, daß ι; der Zylinder aus mehr als zwei zusammengefügten und in Kontakt miteinander fixierten ringförmigen Platten bestem, die auf mindestens einer ihrer Oberflächen mit nutartigen Vertiefungen, die zusammen mit der Oberfläche der benachbarten Platte die Strömungskanfclc? bilden, versehen sind, wobei jeder der Strömungskanäle winkelförmige Windungen, In denen scharfe Richtungsänderungen erfolgen, aufweist, und die Anzahl der winkelförmigen Windungen derart ist, daß die Geschwindigkeit des strömenden Fluid In den Kanälen einen Wert annimmt, bei dem Verschleiß und Lärm unterbieten.to have diameter and your lungs larger than that radial distance between your inlet and outlet cross-sections, characterized in that ι; the cylinder of more than two joined and fixed in contact with each other annular Plates bestem that on at least one of their surfaces with groove-like depressions that come together with the surface of the adjacent plate the flow channel? form, are provided, each of the Flow channels have angular turns, in which sharp changes in direction take place, and the number of angular turns is such that the velocity of the flowing fluid in the channels assumes a value at which Undercut wear and tear and noise.

2. Hochdruckdrosselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen rechtwinklig sind und die Strömungskanäle labyrinthartig Ober die Platten verlaufen.2. High pressure throttle device according to claim 1, characterized in that the turns are rectangular and the flow channels are labyrinthine Run over the plates.

3. Hochdiuckdrosselvorrlchtung nach Anspruch I oder 2 for kompressibfc Fluid/., dadurch gekennzeichnet, daß die Strömunnkanäle Kombinationen von winkelförmigen Windungen, 'Mickführungen, Tellungs- und Vereinigungsstellen sowie Erweiterungen und Verengungen aufweisen.3. Hochdiuckdrosselvorrlchtung according to claim I. or 2 for compressibfc fluid /., characterized in that the flow channels are combinations of angular windings, 'Mick guides, telling and union points as well as extensions and have constrictions.