DE19841215A1

DE19841215A1 - Drehkegelventil

Info

Publication number: DE19841215A1
Application number: DE19841215A
Authority: DE
Inventors: Hans Bender; Richard Haffner; Heinfried Hoffmann; Joerg Kiesbauer
Original assignee: VETEC VENTILTECHNIK GmbH
Current assignee: VETEC VENTILTECHNIK GmbH
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2018-09-10
Also published as: DE19841215B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehkegelventil 10 mit einem Gehäuse 12, mit einem im Gehäuse 12 drehbeweglich gelagerten, einen Drosselkörper 24 aufweisenden Drehkegel 20 und mit einem dem Drosselkörper 24 des Drehkegels 20 zugeordneten Ventilsitz 26. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß zum Zwecke der Geräuschminderung im Hinblick auf die Strömungsrichtung unmittelbar nach dem Ventilsitz 26 diesem zumindest eine über den gesamten Strömungsquerschnitt wirksame Strömungsteilungseinrichtung 40 nachgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehkegelventil gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Neben Hubventilen und Stellklappen gehören Drehkegel ventile zu den am meisten verwendeten Stellgeräten im Bereich der Prozeßtechnik. Mit diesen Drehkegelventilen kann ein Durchflußquerschnitt beliebig eingestellt wer den, indem der Drehkegel aus der Strömung geschwenkt wird. Drehkegelventile sind daher besonders zum Regeln des Durchflusses über einen großen Stellbereich geeig net. Charakteristisch für Drehkegelventile sind ein totraumfreies Gehäuses sowie ein einfacher und robuster Aufbau. Das Stellglied in Form eines einen Drosselkör per aufweisenden Drehkegels benötigt zudem relativ geringe Antriebskräfte.

Es ist bei Hubventilen bekannt, unterschiedliche Maß nahmen zur Schallminderung vorzusehen. Demgegenüber gibt es bei Drehkegelventilen bis jetzt nur wenige und auch weniger wirksame Möglichkeiten zur Schallminde rung.

Grundsätzlich ist die wirksamste Methode der Geräusch minderung die Bekämpfung des Lärms an der Quelle.

Geräuscharme Hubventile werden daher beispielsweise mit Spezialgarnituren ausgestattet, die in der Regel mehre re Vorgänge der Lärmentstehung positiv beeinflussen, wie Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit, Verrin gerung des Turbulenzgrades, lokale Begrenzung der Vermischungszone, Beschleunigung der Wirbelzerfallsge schwindigkeit und Beeinflussung des Lärmspektrums, siehe "Stellgeräte", H. O. Engel, Kap. 8, Geräusch emission bei Stellgeräten, S. 196 bis 201.

Beispielsweise bei Hubventilen werden Strömungsteiler eingesetzt, die nach der Drosselstelle - beabstandet hiervon - eingebaut werden. Diese bestehen aus geloch ten Blechen oder aus Paketen von verschweißtem Drahtge webe. Insbesondere bei kompressiblen Medien bewirken derartige Pakete einen vielstufigen Druckabbau, der zu einer effektiven Lärmminderung führt.

Weiterhin werden bei Hubventilen Lochkegel und Mehrstu fenventile zur Lärmminderung verwendet.

Aus der US-PS 3,960,170 ist eine Stellklappe bekannt, bei der eine Reihe von Zähnen bzw. Rippen am Klappen rand angeordnet sind. Diese bilden zumindest für kleine Öffnungswinkel Strömungskanäle für das Fluid, wodurch eine geringe Schallemission und ein Regeln mit geringen Drehmomenten ermöglicht werden soll.

Weiterhin ist für Stellklappen bekannt, in einen Teil des Rohrquerschnittes auf der Auslaßseite der Stell klappe ein gelochtes Blech einzubringen, um die dynami schen Kräfte von der Klappenscheibe auf das Gehäuse abzuleiten. Eine derartige Konstruktion wird von der Fa. Nelles Jamesbury unter den Produktnamen "Neldisc" und "S-Disc" angeboten. Durch Verringerung der dynami schen Momente soll damit hauptsächlich das dynamische Regelverhalten verbessert werden, wobei auch der Schalldruckpegel sinken und Vibrationen vermieden werden sollen.

Demgegenüber werden Drehkegelarmaturen bisher üblicher weise ohne Maßnahmen zur Schalldruckminderung oder nur mit sekundären Maßnahmen, wie der Verwendung von Schalldämpfern, eingesetzt. Der Einsatz von Drossel scheiben in nachfolgende Flansche hat nicht den ge wünschten Erfolg und erfordert zusätzliche Dichtstel len.

Bekannt ist desweiteren, sogenannte "Silencer" in den Rohrquerschnitt mit Abstand nach der Drosselstelle an zuordnen. Diese weisen eine Vielzahl von lang ausge dehnten Strömungskanälen auf. Derartige Anordnungen sind jedoch relativ groß, teuer und in der Lärmmin derung auf Drehkegelventile mit hohen Durchflüssen beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dreh kegelventil gemäß der im Oberbegriff des Patentan spruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, daß eine effektive Lärmminderung bei einfacher Fertigung ermöglicht wird. Zudem sollen die Lärmminderungsmaß nahmen besonders beständig gegen mechanische Bean spruchung sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Zusammenhang mit seinen Ober begriffsmerkmalen gelöst.

Die Erfindung überwindet das bisher vorhandene Vorur teil, daß nämlich die Übertragung der Maßnahmen zur Lärmminderung, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit Hubventilen und Drosselklappen bekannt sind, auf Drehkegelventile nicht möglich sei, da sich die Geo metrie zwischen Drosselkörper und Strömungsteilungs einrichtung bei der Veränderung des Regelquerschnitts erheblich unterscheidet und sich über die Schwenkbe wegung laufend ändert. Die Strömungsteilung kann daher in der Form und Wirksamkeit bei einem Drehkegelventil nicht mit dem eines Hubventils vergleichbar sein, da der Drosselkörper des Stellgliedes im Verlauf seiner Öffnungsbewegung abhebe, sich zu weit vom Regelquer schnitt entferne und die Strömungscharakteristik sich dadurch laufend ändere.

Der Erfindung liegt aber nun gerade die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß eine effektive Geräuschmin derung bei Drehkegelventilen durch Strömungsaufteilung möglich ist, indem der gesamte Durchflußquerschnitt im Bereich des Ventilsitzes eine Strömungsteilungseinrich tung aufweist, die mit entsprechenden Durchströmungs kanälen für das strömende Medium versehen ist und die bei dem Drosselkörper im geschlossenen Zustand des Drehkegelventils naheliegend angeordnet ist.

Nach der Erfindung ist daher zum Zwecke der Geräusch minderung im Hinblick auf die Strömungsrichtung unmit telbar nach dem Ventilsitz diesem zumindest eine über den gesamten Strömungsquerschnitt wirksame Strömungs teilungseinrichtung nachgeschaltet.

Um sowohl eine möglichst einfache Montage zu gewährlei sten als auch um möglichst nahe an der Drosselstelle die Strömungsteilungseinrichtung anordnen zu können, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Ven tilsitz in einem Ventilsitzeinsatz vorgesehen, der in dem Gehäuse fest angeordnet ist, und die Strömungs teilungseinrichtung wird von dem Ventilsitzeinsatz ge halten.

Vor allem ist dabei die Strömungsteilungseinrichtung mit dem Ventilsitzeinsatz fest verbunden, beispiels weise mit diesem verschweißt, und die Strömungstei lungseinrichtung und der Ventilsitzeinsatz bilden eine lösbar mit dem Gehäuse verbundene Baueinheit.

Vorzugsweise sind der Ventilsitzeinsatz und die Strö mungsteilungseinrichtung einstückig ausgebildet und können dadurch beispielsweise aus einem Werkstoffblock in einem Bearbeitungszentrum einfach hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Strö mungsteilungseinrichtung über ihren wirksamen Bereich eine konstante Dicke auf, wodurch die Fertigung er leichtert und eine kompakte Ausführung gewährleistet wird. Insbesondere ist dafür die Strömungsteilungsein richtung im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebil det.

Um eine möglichst nahe Anordnung der Strömungsteilungs einrichtung an der Drosselstelle zu ermöglichen, ist die Strömungsteilungseinrichtung in ihrer Form an die Kontur des Drosselkörpers des Drehkegels angepaßt, vor zugsweise derart, daß der Abstand der Strömungstei lungseinrichtung zum Drosselkörper bei geschlossenem Drehkegelventil im wesentlichen konstant ist.

Insbesondere ist dabei der Drosselkörper des Stellglie des auf der dem Ventilsitz zugewandten Seite und die Strömungsteilungseinrichtung gewölbt ausgebildet, wobei die konkave Seite der Strömungsteilungseinrichtung der konvexen Seite des Drosselkörpers zugewandt ist.

Um ein einfaches Auswechseln der Strömungsteilungsein richtung zu ermöglichen, ist der Ventilsitzeinsatz durch, eine in Strömungsrichtung nachgeordnete Mutter oder ähnliches im Gehäuse gehalten.

Die Strömungsteilungseinrichtung wird durch mehrere Strömungskanäle gebildet. Gemäß einer Ausführungsform weisen die Strömungskanäle über den Querschnitt der Strömungsteilungseinrichtung eine gleiche oder unter schiedliche Querschnittsgröße auf. Insbesondere sind dabei die Strömungskanäle der Strömungsteilungsein richtung in der Mitte im Querschnitt größer als am Rande ausgeführt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform sind mehrere Strö mungsteilungseinrichtungen in Strömungsrichtung hinter einander geschaltet, wobei die Strömungsteilungsein richtungen unterschiedliche Querschnitte von Strömungs kanälen aufweisen. Hierdurch wird auf einfache Weise erreicht, daß je nach Strömungsbedingung eine oder mehrere Strömungsteilungseinrichtungen vorgesehen werden können, die entsprechend dem Strömungsverhalten eine optimale Geräuschminderung bewirken.

Zur Optimierung der Geräuschminderung können die Strö mungskanäle der Strömungsteilungseinrichtung über ihren Verlauf von ihrer Zuströmseite bis zu ihrer Abström seite sprungförmige oder kontinuierliche Querschnitts änderungen aufweisen.

Um eine kleinbauende Strömungsteilungseinrichtung zu gewährleisten, ist der Durchmesser der Strömungstei lungseinrichtung größer als seine Dicke.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der fol genden Beschreibung dreier Ausführungsformen der Erfin dung im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Drehkegel ventils nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer Strömungsteilungs einrichtung im geöffneten Zustand;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Drehkegelven tils von Fig. 1, jedoch im geschlossenen Zustand;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Drehkegelven tils mit drei hintereinander angeordneten Strömungsteilungseinrichtungen im geöffne ten Zustand gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Drehkegel ventils von Fig. 3, jedoch im geschlosse nen Zustand;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Drehkegel ventils gemäß einer dritten Ausführungs form der Erfindung im geöffneten Zustand; und

Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Drehkegel ventils von Fig. 5, jedoch im geschlosse nen Zustand.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines Drehkegelventils 10 dargestellt, das ein Gehäuse 12 mit einer Anströmkammer 14 und einer Ausströmkammer 16 umfaßt. In der Anströmkammer 14 ist seitlich zur Längsachse 18 des Drehkegelventils 10 ein Drehkegel 20 um eine Achse 22 drehbar gelagert. Der Drehkegel 20 weist an seinem der Achse 22 entfernt gelegenen Ende einen Drosselkörper 24 auf, der nach außen gewölbt ist.

Zwischen der Anströmkammer 14 und der Ausströmkammer 16 ist der dem Drosselkörper 24 zugeordnete Ventilsitz 26 vorgesehen, der Teil eines Ventilsitzeinsatzes 28 ist. Der Ventilsitzeinsatz 28 liegt mit ihrer äußeren Stufe 30 an einem Gehäusevorsprung 32 an. Der Gehäusevor sprung 32 sowie der Ventilsitzeinsatz 28 bilden eine gemeinsame Anströmfläche.

Der Ventilsitzeinsatz 28 wird von einer in ein Gewinde 34 des Gehäuses 12 eingreifende Mutter 36 gegen den Gehäusevorsprung 32 gedrückt, so daß dieser in axialer Richtung fixiert ist.

In dem Ventilsitzeinsatz 28 ist unmittelbar nach dem Ventilsitz 26 ein mehrere Strömungskanäle 38 aufwei sender Strömungsteiler 40 vorgesehen, der über den gesamten Strömungsquerschnitt gespannt ist, und der an die Kontur des Drosselkörpers 24 des Drehkegels 20 angepaßt ist, so daß der Abstand bei geschlossenem Drehkegel 20 zwischen dem Strömungsteiler 40 und dem Drosselkörper 24 über den gesamten Strömungsquerschnitt konstant ist. Die konvexe Form des Drosselkörpers 24 ist der konkaven Form des Strömungsteilers 40 zuge wandt. Der Durchmesser des Strömungsteilers 40 ist dabei bei weitem größer als seine Dicke.

Das Drehkegelventil 10 wird entsprechend dem Pfeil 41 von seiner Anströmseite 42 zu seiner Abströmseite 44 von einem Fluid durchströmt. Über den kontinuierlich verstellbaren Drehkegel 20 wird die Strömung durch das Drehkegelventil 10 geregelt.

Der Strömungsteiler 40 ist unmittelbar dem Ventilsitz 26 im Hinblick auf die Strömungsrichtung nachgeschal tet. Das Fluid dringt dann in Strömungskanäle 38 des Strömungsteilers 40 ein, wodurch die Geräuschentwick lung reduziert wird, und anschließend wieder aus dem Strömungsteiler 40 in die Ausströmkammer 16 heraus.

Der Strömungsteiler 40 ist mit dem Ventilsitzeinsatz 28 verschweißt und bildet mit diesem eine fest verbundene Baueinheit. Mit Lösen der Mutter 36 kann der Ventil sitzeinsatz 28 auf einfache Weise ausgewechselt werden.

Eine optimale Geräuschminderung wird dadurch erreicht, daß der Abstand zwischen Strömungsteiler 40 und Dros selkörper 24 möglichst gering gehalten wird.

In Fig. 1 ist das Drehkegelventil zu ca. 70% geöffnet, wohingegen es bei Fig. 2 geschlossen ist.

Eine alternative Ausführungsform eines Drehkegelventils 10 ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

Statt eines Strömungsteilers 40 sind nunmehr mehrere, in diesem Fall drei, Strömungsteiler 40 hintereinander in dem Ventilsitzeinsatz 28 angeordnet. Ansonsten ent spricht die Konstruktion der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2, wobei dieselben Bezugszeichen verwendet werden.

Zur Optimierung der Lärmminderung können die Strömungs kanäle 38 unterschiedliche Querschnitte aufweisen, bei spielsweise Strömungskanäle 38 im Bereich der Längsach se 18 einen größeren Querschnitt aufweisen als am Rand. Es ist weiterhin möglich, daß die Strömungskanäle 38 über ihren Verlauf von der Zuströmseite bis zu ihrer Abströmseite sprungförmige oder kontinuierliche Quer schnittsänderungen aufweisen.

Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 3 und 4 können die einzelnen hintereinander angeordneten Strömungs teiler 40 Strömungskanäle mit unterschiedlichen Quer schnitten versehen sein.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Drehkegelventil 10 weist einen Ventilsitzeinsatz 28 auf, der zusammen mit dem Strömungsteiler 40 einstückig ausgebildet ist. Die Strömungskanäle 38 sind dabei beispielsweise durch Bohren hergestellt. Der Ventilsitzeinsatz 28 kann somit aus einem Vollstück in einem Bearbeitungszentrum einfach hergestellt werden. Eine nachträgliche Montage des Strömungsteilers 40 entfällt hierbei auf einfache Weise.

In einer weiteren hier nicht dargestellten Ausführungs form der Erfindung wird der Strömungsteiler 40 mittels einer Hülse in das Gehäuse 12 eingesetzt und über eine in Strömungsrichtung nachgeordnete Mutter 36 gehalten. Diese Ausführung ermöglicht eine nachträgliche Montage des Strömungsteilers 40 in bisher gängige Drehkegelven tile.

Die Erfindung ermöglicht eine Lärmminderung für Dreh kegelventile 10, die insbesondere für kompressible Pro zeßmedien besonders wirkungsvoll arbeitet. Vor allem für kleine Öffnungswinkel des Drehkegels 20 wird mit der Erfindung eine gute Lärmminderung erreicht. Der Strömungsteiler 40 kann aus handelsüblichen Materialien bestehen, die bevorzugt an die Kontur des Drosselkör pers 24 angepaßt werden.

Das Drehkegelventil 10 nach der Erfindung ist kosten günstig zu fertigen, einfach zu montieren und gegenüber Zerstörung sehr beständig. Vor allem kann mit der Er findung auf einfache Weise die Geräuschentwicklung reduziert werden.

Bezugszeichenliste

10

Drehkegelventil

12

Gehäuse

14

Anströmkammer

16

Ausströmkammer

18

Längsachse

20

Drehkegel

22

Drehachse

24

Drosselkörper

26

Ventilsitz

28

Ventilsitzeinsatz

30

Stufe

32

Gehäusevorsprung

34

Gewinde

36

Mutter

38

Strömungskanal

40

Strömungsteiler

41

Pfeil der Strömungsrichtung

42

Anströmseite

44

Abströmseite

Claims

1. Drehkegelventil (10) mit einem Gehäuse (12), mit einem im Gehäuse (12) drehbeweglich gela gerten, einen Drosselkörper (24) aufweisenden Drehkegel (20) und mit einem dem Drosselkörper (24) des Drehkegels (20) zugeordneten Ventil sitz (26), dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Geräuschminderung im Hinblick auf die Strömungsrichtung unmittelbar nach dem Ven tilsitz (26) diesem zumindest eine über den ge samten Strömungsquerschnitt wirksame Strömungs teilungseinrichtung (40) nachgeschaltet ist.

2. Drehkegelventil nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ventilsitz (26) in einem Ventilsitzeinsatz (28) vorgesehen ist, der in dem Gehäuse (12) fest angeordnet ist, und die Strömungsteilungseinrichtung (40) von dem Ven tilsitzeinsatz (28) gehalten ist.

3. Drehkegelventil nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Strömungsteilungseinrich tung (40) mit dem Ventilsitzeinsatz (28) fest verbunden ist, beispielsweise mit diesem ver schweißt ist, und die Strömungsteilungseinrich tung (40) und der Ventilsitzeinsatz (28) eine lösbar mit dem Gehäuse (12) verbundene Bauein heit bilden.

4. Drehkegelventil nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ventilsitzeinheit (28) und die Strömungsteilungseinrichtung (40) ein stückig ausgebildet sind.

5. Drehkegelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsteilungseinrichtung (40) über ihren wirksamen Bereich eine konstante Dicke auf weist.

6. Drehkegelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsteilungseinrichtung (40) im wesent lichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

7. Drehkegelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsteilungseinrichtung (40) in ihrer Form an die Kontur des Drosselkörpers (24) des Dreh kegels (20) angepaßt ist.

8. Drehkegelventil nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abstand der Strömungs teilungseinrichtung (40) zum Drosselkörper (24) bei geschlossenem Drehkegelventil (10) im we sentlichen konstant ist.

9. Drehkegelventil nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (24) des Drehkegels (20) auf der dem Ventilsitz (26) zu gewandten Seite und die Strömungsteilungsein richtung (40) gewölbt sind, wobei die konkave Seite der Strömungsteilungseinrichtung (40) der konvexen Seite des Drosselkörpers (24) zuge wandt ist.

10. Drehkegelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven tilsitzeinsatz (28) durch eine in Strömungs richtung nachgeordnete Mutter (36) oder ähn liches im Gehäuse (12) gehalten ist.

11. Drehkegelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsteilungseinrichtung (40) mehrere Strömungskanäle (38) aufweist.

12. Drehkegelventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (38) über den Querschnitt der Strömungsteilungsein richtung (40) eine gleiche oder unterschied liche Querschnittsgröße aufweisen.

13. Drehkegelventil nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Strömungskanäle (38) der Strömungsteilungseinrichtung (40) in deren Mitte im Querschnitt größer als am Rande aus geführt sind.

14. Drehkegelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Strömungsteilungseinrichtungen (40) in Strö mungsrichtung hintereinander geschaltet sind.

15. Drehkegelventil nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die hintereinander geschalte ten Strömungsteilungseinrichtungen (40) unter schiedliche Querschnitte von Strömungskanälen (38) haben.

16. Drehkegelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (38) der Strömungsteilungsein richtung (40) über ihren Verlauf von ihrer Zuströmseite bis zu ihrer Abströmseite sprung förmige oder kontinuierliche Querschnittsände rungen aufweisen.

17. Drehkegelventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Strömungsteilungseinrichtung (40) größer als seine Dicke ist.