DE19846728A1 - Drehklappenventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehklappenventil mit einem Ventilgehäuse (1), einer Ventilklappe (2), einem Ventilsitz (3), einer Welle (4) zur Lagerung der Ventilklappe (2) und mindestens einer Lage von strömungsführenden Elementen (5) auf zumindest einer Seite der Ventilklappe (2), wobei die Ventilklappe (2) und die strömungsführenden Elemente (5) eine Kugelfläche als einhüllende Fläche aufweisen. Erfindungsgemäß ist ein derartiges, bekanntes Drehklappenventil in bezug auf einen geringen Strömungswiderstand bei vollständiger Öffnung und gleichzeitiger Gewährleistung einer reduzierten Schallemission dadurch weitergebildet, daß die strömungsführenden Elemente (5) als mit Durchgangsöffnungen versehene, im wesentlichen ebene Trennplatten ausgebildet sind, daß die Mittelebenen der Trennplatten im wesentlichen parallel zur Mittelebene der Ventilklappe (2) liegen und daß der Ventilsitz (3) zumindest auf der Anströmseite an die Kugelfläche angepaßt mit kugelförmiger Innenfläche verlängert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehklappenventil mit einem Ventilgehäuse, einer Ventilklappe, einem Ventilsitz, einer Welle zur Lagerung der Ventilklappe und mindestens einer Lage von strömungsführenden Elementen auf zumindest einer Seite der Ventilklappe, wobei die Ventilklappe und die strömungsführenden Elemente eine Kugelfläche als einhüllende Fläche aufweisen.

Drehklappenventile werden in der Verfahrenstechnik regelmäßig als Stellventile zur Regelung von Durchflüssen strömender Medien, wie Gasen und Flüssigkeiten und dgl., eingesetzt. Bei diesem Einsatz treten regelmäßig hohe bis sehr hohe Differenzdrücke über den als Stellventile eingesetzten Drehklappenventilen auf. Diese hohen, über einem Drehklappenventil abfallenden Differenzdrücke führen ohne gesonderte Maßnahmen zu hohen bis sehr hohen Schalldruckpegeln, verursacht durch aerodynamische oder hydrodynamische Strömungsvorgänge. Diese hohen Schalldruckpegel können zum einen zu Gesundheitsschädigungen beim Anlagen-Personal in verfahrenstechnischen Anlagen führen zum anderen aber auch zu empfindlichen Schäden an der Anlage selbst.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Schallemissionen dadurch zu reduzieren, daß die Fluidströmung nicht, wie bei einem konventionellen Drehklappenventil, einer einzigen Druckreduzierung - mit entsprechen hoher Schalldruckgenerierung - unterworfen wird, sondern daß die notwendige Druckreduzierung über eine Vielzahl von Druckreduzierstufen gewährleistet wird.

Das 1986 in den Markt eingeführte Drehklappenventil S-Trim dLG der Firma B-Tec gewährleistet eine Druckreduzierung in einer Mehrzahl von Stufen durch in mehreren Lagen auf beide Seiten der Ventilklappe aufgebrachte strömungsführende Elemente. Dabei weisen die strömungsführenden Elemente senkrecht zu ihrer Mittelebene ein wellenförmiges Profil auf und werden in 90° Winkeln verdreht aufeinander geschichtet. Hierdurch ergibt sich eine Aufteilung des Gesamtstromes durch das Drehklappenventil in parallele Teilströme und die Änderung jedes Teilstromes von einer 1- bis 2stufigen Entspannung bei einem konventionellen Drehklappenventil in eine genügend hohe Anzahl von Druckreduzierungen, so daß eine Absenkung des Schalldruckpegels um 20 dB(A) gewährleistet werden konnte. Problematisch ist bei dem bekannten Drehklappenventil der Firma B-Tec jedoch, daß auch bei voller Öffnung des Drehklappenventils der Strömungswiderstand hoch ist. Dies ist unerwünscht, da bei voller Öffnung des Drehklappenventils möglichst ein ungehinderter maximaler Durchfluß des strömenden Mediums durch das Drehklappenventil möglich sein soll. Auch ist es bei voller Öffnung des Drehklappenventils nicht mehr notwendig, den über das Drehklappenventil abfallenden anwendungsbedingt geringen Differenzdruck stufenweise abzubauen, um Schalldruckemissionen zu verringern.

Aus der EP 0 013 601 B1 ist weiter ein Kugelventil bekannt, bei welchem innerhalb der Bohrung im Ventilkörper eine oder mehrere Trennplatten mit Durchgangsöffnungen eingesetzt sind, wobei die Enden der Trennplatten nahe der Oberfläche der Drehfläche des Ventilkörpers enden. Bei diesem bekannten Kugelventil wird eine Schalldruckminimierung bei leicht geöffnetem Kugelventil über die Druckstufenbildung an den Trennplatten gewährleistet. Bei voller Öffnung des Kugelventils hingegen liegen die Trennplatten parallel zur Fluidströmung und bewirken weder eine stufenweise Druckreduzierung noch verursachen sie einen unerwünschten Druckabfall.

Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Drehklappenventil zur Verfügung zu stellen, welches einerseits eine deutliche Reduzierung der Schallemissionen gewährleistet und andererseits gleichzeitig der Fluidströmung im geöffneten Zustand einen geringen Strömungswiderstand bietet.

Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß die strömungsführenden Elemente als mit Durchgangsöffnungen versehene, im wesentlichen ebene Trennplatten ausgebildet sind, daß die Mittelebenen der Trennplatten im wesentlichen parallel zur Mittelebene der Ventilklappe liegen und daß der Ventilsitz zumindest auf der Anströmseite an die Kugelfläche angepaßt mit kugelförmiger Innenfläche verlängert ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist gewährleistet, daß die Trennplatten in Zusammenwirkung mit der Verlängerung des Ventilsitzes den Differenzdruck über dem Drehklappenventil bei teilweise oder gering geöffnetem Drehklappenventil stufenweise abbauen und somit die Schallemissionen deutlich verringern. Gleichzeitig ist der Strömungswiderstand des Drehklappenventils bei im wesentlichen ganz geöffneter Drehklappe aufgrund der dann strömungsparallel liegenden Trennplatten gering.

Dadurch, daß auf der Anströmseite der Ventilklappen mehrere Trennplatten übereinander angeordnet sind, ist eine vielstufige Druckreduzierung gewährleistet. Die Fluidströmung muß zunächst durch eine Vielzahl von Durchlaßöffnungen der Trennplatten hindurchtreten, bevor sie schließlich über die sich bildende Öffnung zwischen Ventilklappe und Ventilsitz durch das Drehklappenventil hindurchtritt.

Zur Bildung einer weiteren Druckreduzierstufe ist es vorteilhaft, daß auf der Rückseite der Ventilklappe mindestens eine halbkreisförmige Trennplatte in einem Winkelbereich entgegen dem Drehsinn beim Öffnen der Ventilklappe angeordnet ist. Diese Anordnung zwingt die Strömung bei sich öffnender Ventilklappe auch hinter der Ventilklappe noch durch eine Trennplatte als Druckreduzierstufe hindurchzutreten. Dabei kann selbstverständlich die Trennplatte auch auf der Rückseite der Ventilklappe als durchgehende, kreisförmige Trennplatte ausgebildet werden, wobei jedoch der Effekt der Trennplatte auf der Rückseite der Ventilklappe in einem Winkelbereich im Drehsinn beim Öffnen der Ventilklappe gering ist.

Zur gleichmäßigen, mehrstufigen Druckreduzierung ist es vorteilhaft, wenn die Durchgangsöffnungen in der Trennplatte gleichmäßig über die gesamte Trennplatte verteilt sind.

Um auch in einem mittleren Öffnungsbereich der Ventilklappe, in dem bereits ein Einströmen des Fluids zwischen die Ventilklappe und die erste Trennplatte möglich ist, eine mehrstufige Druckreduzierung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, daß zumindest in einem Winkelbereich in Richtung des Drehsinns bei Öffnen der Ventilklappe angrenzend an die Anströmseite der Ventilklappe zwischen den Trennplatten sowie den Trennplatten und der Ventilklappe die Strömung parallel zu den Trennplatten einschränkende Trennelemente angeordnet sind. Diese Trennelemente verhindern ein ungehindertes Durchströmen des Fluids in Richtung parallel zu den Trennplatten bzw. der Ventilklappe und gewährleisten somit auch bei teilweise geöffneter Ventilklappe eine hinreichende Minderung der Schallemission.

Zur gleichzeitigen Gewährleistung eines möglichst geringen Strömungswiderstandes des erfindungsgemäßen Drehklappenventils bei voll geöffneter Ventilklappe ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Trennelemente zwischen den Trennplatten sowie den Trennplatten und der Ventilklappe in Richtung zur Ventilklappe zunimmt. Hierdurch wird unabhängig von dem Weg, den das strömende Fluid bei teilweise geöffnetem nimmt, gewährleistet, daß in etwa die gleiche Anzahl von Druckreduzierungsstufen wirksam ist.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung sind die Trennelemente als zwischen den Trennplatten angeordnete, mit Durchgangsöffnungen versehene Bänder ausgebildet. Eine alternative Ausgestaltung erfahren die Trennelemente dadurch, daß sie als mit einer Trennplatte verbundene, eine Breite schmäler als der Abstand zwischen den Trennplatten aufweisende Bänder ausgebildet sind.

Dadurch, daß bei der zweiten alternativen Ausgestaltung der Trennelemente die Trennelemente zwischen zwei Trennplatten wechselweise mit der einen und der anderen Trennplatte verbunden sind, wird das strömende Medium in weitere Richtungswechsel und damit zu weiteren Druckreduzierungen gezwungen.

Eine strömungstechnisch optimierte Anpassung, die insbesondere bei voll geöffneter Ventilklappe wirksam ist, erfährt das erfindungsgemäße Drehklappenventil dadurch, daß die kugelförmige Verlängerung des Ventilsitzes konusförmig an den Eintrittsquerschnitt des Ventilgehäuses angepaßt ist.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Drehklappenventil auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1a)-1d) ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehklappenventils im Schnitt in verschiedenen Öffnungspositionen,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehklappenventils im Schnitt ausschnittsweise vergrößert und

Fig. 3 das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehklappenventils mit angedeuteten Strömungsverläufen des strömenden Mediums.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Drehklappenventil mit einem Ventilgehäuse 1, einer Ventilklappe 2, einem Ventilsitz 3, einer Welle 4 zur Lagerung der Ventilklappe 2 und mehreren Lagen von strömungsführenden Elementen 5 auf beiden Seiten der Ventilklappe 2 dargestellt, wobei die Ventilklappe und die strömungsführenden Elemente 5 eine gestrichelt eingezeichnete Kugelfläche als einhüllende Fläche aufweisen.

Erfindungsgemäß sind die strömungsführenden Elemente 5 als mit Durchgangsöffnungen versehene, ebene Trennplatten ausgebildet, wobei die Mittelebenen der Trennplatten im wesentlichen parallel zur Mittelebene der Ventilklappe 2 liegen. Um die Wirksamkeit der strömungsführenden Elemente 5 zu gewährleisten, ist darüber hinaus der Ventilsitz 3 auf der Anströmseite des Drehklappenventils an die Kugelfläche, die die Ventilklappe 2 und die strömungsführenden Elemente 5 einhüllt, angepaßt, mit kugelförmiger Innenfläche über eine Verdickung 6 des Ventilgehäuses 1 verlängert.

Auf der Rückseite der Ventilklappe 2 ist als strömungsführendes Element 5 eine halbkreisförmige Trennplatte in einem Winkelbereich entgegen dem Drehsinn beim Öffnen der Ventilklappe 2 angeordnet.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind die Durchgangsöffnungen in den als Trennplatten ausgebildeten strömungsführenden Elementen 5 gleichmäßig über die gesamte Trennplatte verteilt.

Fig. 1a) zeigt das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehklappenventils in geschlossenem Zustand. In diesem Zustand liegt die Ventilklappe 2 voll am Ventilsitz 3 an. In Fig. 1b) ist die Ventilklappe 2 teilweise geöffnet, so daß das strömende Medium zwischen Ventilklappe 2 und Ventilsitz 3 bzw. Verdickung 6 durch das Drehklappenventil hindurch strömen kann. Hierbei wird das strömende Medium aufgrund der Gesamtanordnung dazu gezwungen, durch mehrere Durchgangsöffnungen in den als Trennplatten ausgeführten strömungsführenden Elementen 5 hindurchzutreten. Aus Fig. 1b) ist deutlich ersichtlich, daß die Verlängerung des Ventilsitzes 3 durch die Verdickung 6 notwendig ist, um zu verhindern, daß das strömende Medium, ohne die Durchgangsöffnungen in den strömungsführenden Elementen 5 zu durchströmen, durch das Drehklappenventil strömt. In Fig. 1c) ist ersichtlich, daß die Auswirkungen der strömungsführenden Elemente 5 bei weiter geöffneter Ventilklappe 2 auf das strömende Medium deutlich abnimmt. Schließlich ist bei vollständig geöffneter Ventilklappe 2, wie in Fig. 1d) dargestellt, gewährleistet, daß der Strömungswiderstand wie erwünscht, gering ist.

Der in Fig. 2 dargestellte vergrößerte Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drehklappenventils entspricht dem in Fig. 1b) eingekreisten Ausschnitt. Es ist direkt ersichtlich, daß bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Winkelbereich in Richtung des Drehsinns bei Öffnen der Ventilklappe 2 angrenzend an die Anströmseite der Ventilklappe 2 zwischen den als als Trennplatten ausgeführten strömungsführenden Elementen 5 sowie den strömungsführenden Elementen 5 und der Ventilklappe 2 eine Strömung parallel zu den strömungsführenden Elementen 5 einschränkende Trennelemente 8 angeordnet sind. Aus Fig. 2 ist weiter ersichtlich, daß beim zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehklappenventil s die Anzahl der Trennelemente 8 zwischen den als Trennplatten ausgebildeten strömungsführenden Elementen 5 sowie den strömungsführenden Elementen 5 und der Ventilklappe 2 in Richtung zur Ventilklappe zunimmt. Hierdurch wird verhindert, daß ein großer Teil des strömenden Mediums schon bei kleinen Öffnungswinkeln der Ventilklappe 2 parallel zur Ventilklappe 2 und zu den strömungsführenden Elementen 5 strömt, so daß keine mehrstufige Druckreduzierung gewährleistet wäre.

Aus dem in. Fig. 2 dargestellten Ausschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drehklappenventil s ist weiter ersichtlich, daß die Trennelemente 8 als zwischen den als Trennplatten ausgebildeten strömungsführenden Elementen 5 angeordnete, mit Durchgangsöffnungen versehen Bänder ausgebildet sind.

Die Alternative, die Trennelemente als mit einem als Trennplatte ausgebildeten strömungsführenden Element 5 verbundenes, eine Breite schmäler als den Abstand zwischen den Trennplatten aufweisendes Band auszubilden, ist in Fig. 2 zwischen dem am weitesten von der Ventilklappe 2 angeordneten strömungsführenden Element 5 und dem darauf folgenden strömungsführenden Elements 5 dargestellt. Bei dieser Alternative ist das Trennelement einfach als durchgehendes Band 9 ausgeführt.

In Fig. 3 ist schließlich das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehklappenventil s in teilweise geöffnetem Zustand mit den zugehörigen Flußlinien des strömenden Mediums dargestellt. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß das strömende Medium einer Vielzahl von Druckreduzierungen unterworfen ist, bevor es durch das Drehklappenventil hindurch getreten ist, so daß eine deutliche Reduzierung der Schallemissionen gewährleistet ist.

Claims (10)

1. Drehklappenventil mit einem Ventilgehäuse (1), einer Ventilklappe (2), einem Ventilsitz (3), einer Welle (4) zur Lagerung der Ventilklappe (2) und mindestens einer Lage von strömungsführenden Elementen (5) auf zumindest einer Seite der Ventilklappe (2), wobei die Ventilklappe (2) und die strömungsführenden Elemente (5) eine Kugelfläche als einhüllende Fläche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsführenden Elemente (5) als mit Durchgangsöffnungen versehene, im wesentlichen ebene Trennplatten ausgebildet sind, daß die Mittelebenen der Trennplatten im wesentlichen parallel zur Mittelebene der Ventilklappe (2) liegen und daß der Ventilsitz (2) zumindest auf der Anströmseite an die Kugelfläche angepaßt mit kugelförmiger Innenfläche verlängert ist.

2. Drehklappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Anströmseite der Ventilklappe (2) mehrere Trennplatten übereinander angeordnet sind.

3. Drehklappenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite der Ventilklappe (2) mindestens eine halbkreisförmige Trennplatte in einem Winkelbereich entgegen dem Drehsinn beim Öffnen der Ventilklappe (2) angeordnet ist.

4. Drehklappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen in der Trennplatte gleichmäßig über die gesamte Trennplatte verteilt sind.

5. Drehklappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Winkelbereich in Richtung des Drehsinns bei Öffnen der Ventilklappe (2) angrenzend an die Anströmseite der Ventilklappe (2) zwischen den Trennplatten sowie den Trennplatten und der Ventilklappe (2) die Strömung parallel zu den Trennplatten einschränkende Trennelemente (8) angeordnet sind.

6. Drehklappenventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Trennelemente (8) zwischen den Trennplatten sowie den Trennplatten und der Ventilklappe (2) in Richtung zur Ventilklappe (2) zunimmt.

7. Drehklappenventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente (8) als zwischen den Trennplatten angeordnete, mit Durchgangsöffnungen versehene Bänder ausgebildet sind.

8. Drehklappenventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente als mit einer Trennplatte verbundene, eine Breite schmaler als den Abstand zwischen den Trennplatten aufweisende Bänder (9) ausgebildet sind.

9. Drehklappenventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente zwischen zwei Trennplatten wechselweise mit der einen und der anderen Trennplatte verbunden sind.

10. Drehklappenventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmige Verlängerung des Ventilsitzes konusförmig an den Eintrittsquerschnitt des Ventilgehäuses (1) angepaßt ist.