DE2016646C2

DE2016646C2 - Ventil für strömende Medien

Info

Publication number: DE2016646C2
Application number: DE19702016646
Authority: DE
Inventors: Earl Allan Pittsburgh Pa. Bake
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1969-04-10
Filing date: 1970-04-08
Publication date: 1983-10-27
Also published as: FR2043211A5; CA924701A; GB1303316A; DE2016646A1

Description

a) zumindest der Obergangsbereich (76 bzw. 78) an der Ausströmseite ist in Art eines bei Ventilen mit kreisrundem Durchlaßquerschnitt an der Absperrstelle bekannten Kurzdiffusors mit plötzlicher Erweiterung am Diffusorausgang ausgebildet;

b) der sich aus der Querschnittserweiterung ergebende äquivalente Kegelwinkel beträgt 6° bis 20°;

c) die Querschnittsfläche des Kurzdiffusors ist in der am äußeren Ende des Anschlußstutzens angeordneten plötzlichen Erweiterung der Durchflußfläche des anzuschließenden Rohres angepaßt;

die Trapezform des Querschnitts in dem sich kontinuierlich erweiternden Übergangsbereich beibehalten ist und der Übergang auf den kreisrunden Querschnitt des sich anschließenden Rohres zusammen mit der plötzlichen Erweiterung am Diffusorausgang erfolgt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich (76 bzw. 78) eine kontinuierliche Querschnittserweiterung längs seiner Achse aufweist, die der Querschnittsänderung eines Konus mit Kegelwinkel im Bereich von 10° bis 14° entspricht.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Begrenzungswände des Übergangsbereiches (76 bzw. 78) an der plötzlichen Erweiterung mit einem Radius bis zu D/4 krümmen, wobei D der Durchmesser des anzuschließenden Rohres ist.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die plötzliche Erweiterung am Diffusorausgang praktisch am äußeren Ende des Anschlußstutzens und zu gleichzeitigem Übergang auf Querschnittsgröße und Querschnittsform des anzuschließenden Rohres ausgebildet ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die plötzliche Erweiterung am Diffusorausgang in der Verbreitung des Trapez-Querschnitts des Übergangsbereiches (76 bzw. 78) an den Trapez-Breitseiten auf den Durchfluß-Querschnitt des anzuschließenden Rohres besteht.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für strömende Medien mit gegenüber einem kreisrunden Leitungsquerschnitt eingezogenem, im wesentlichen trapezförmigen Durchlaßquerschnitt an der Absperrstelle und zwischen der Absperrstelle und den Ansatzflächen für die Leitungen kontinuierlich sich nach Art eines Diffusors erweiternden Übergangsbereichen. Bei einem aus US-PS 27 99 468 bekannten Ventil dieser Art sind die Übergangsbereiche mit kontinuierlicher Änderung der Querschnittsform von kreisrundem Querschnitt zum trapezförmigen Durchlaßquerschnitt und umgekehrt ausgebildet An der Eingangsseite dez Ventils erfolgt diese Änderung der Querschnittsform unter gleichzeitiger Verengung, während an der Ausgangsseite des Ventils der Trapez-Querschnitt an seinen Schmalseiten verengt und seinen Breitseiten verbreitert wird, um so kontinuierlich in kreisrunde Form übergeführt zu werden. Hieran ist dann ein zweites konisches Übergangsstück angeschlossen, um auf die Größe der Durchflußfläche des anzuschließenden Rohres anzupassen. Abgesehen davon, daß solche Ventile nur in einer Durchflußrichtung die Vermeidung hoher Druckverluste ermöglichen, sind die Herstellungskosten im Hinblick auf die in den Übergangsbereichen vorgenommene kontinuierliche Veränderung der Querschnittsform und die unterschiedliche Ausbildung beider Übergangsbereiche für derartige Ventile sehr hoch. Die Notwendigkeit, ein zusätzliches konisches Übergangsstück einzusetzen, bedingt sehr hohen Platzbedarf für derartige Ventile.

Aus US-PS 27 99 467 und US-PS 30 05 617 sind Ventile dieser Art bekannt, bei denen ausgangsseitig ein hülsenförmiges Übergangsstück angesetzt ist, in welchem zugleich kontinuierliche Überführung von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt auf kreisrunden Querschnitt und auf die Größe der Durchflußfläche des anzuschließenden Rohres erfolgen. Dieses ausgangsseitige, hülsenförmige Übergangsstück ist an den ausgangsseitigen Stutzen des Ventils angesetzt und dabei in das anzuschließende Leitungsrohr einzusetzen. Ventile dieser Art sind betriebsmäßig im allgemeinen recht erfolgreich eingesetzt worden, um den Druckverlust möglichst gering zu halten und um den wirksamen Durchfluß durch das Ventil und die Leitungen zu verbessern. Sie sind jedoch in mancherlei Hinsicht dadurch unvorteilhaft, daß die erforderlichen hülsenförmigen Übergangsstücke speziell ausgeführt werden müssen und deshalb teuer sind und nicht ohne weiteres in Standardlängen herstellbar sind, da ihre effektive Länge von der relativen Größe zwischen den Durchflußflächen der Ventilöffnung und des anzuschließenden Rohres abhängt. Die hülsenförmigen Übergangsstücke sind auch nur mühselig einzubauen. Schließlich kommen bei diesen bekannten Ventilen die Vorteile des Diffusors nur zur Geltung bei Durchfluß in einer einzigen Richtung.

Aus DE-PS 9 09 115 ist bei Ventilen mit kreisrundem Durchlaß-Querschnitt an der Absperrstelle bekannt, den Übergangsbereich zumindest an der Ausströmseite in Art eines Kurzdiffusors mit plötzlicher Erweiterung am Diffusorausgang auszubilden, wobei als vorteilhaft angegeben wird, den Kegelwinkel des sich kontinuierlich erweiternden Diffusorteiles kleiner als 14°, optimal bei 8° auszubilden. Mit der plötzlichen Erweiterung am Diffusorausgang erfolgt die Anpassung an die Durchflußfläche des anzuschließenden Rohres.

Ferner ist aus Bruno Eck, technische Strömungslehre, 5. Auflage, 1958, Seiten 195, 197 und 198 bekannt, daß bei Rechteck- und Kreisdiffusoren der Höchstwert des Wirkungsgrades im Öffnungswinkel-Bereich zwischen 6° und 10° liegt. Für Kurzdiffusoren ist dort zu entnehmen, daß bei Erweiterungswinkeln bis zu 20° bis 25° mit Querschnittsverhältnissen von Durchlaßquerschnitt der Absperrstelle zu Durchflußfläche des

anzuschließenden Rohres bei 1:4 noch durchaus hinnehmbare Verluste zu erwarten sind.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, Ventile der aus US-PS 27 99 467, 27 99 468 und 30 05 617 bekannten Art dadurch wesentlich zu verbessern, daß unter Beibehaltung des DruckwirkunfTgrades dieser Ventile die Übergangsbereiche von der Durchflußfläche des anzuschließenden Rohres auf den im wesentlichen trapezförmigen Durchlaßquerschnitt an der Absper-stelle und umgekehrt wesentlich vereinfacht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß unier gemeinsamer Anwendung folgender, für sich bekannter Mittel

a) zumindest der Übergangsbereich (76 bzw. 78) an der Ausströmseite ist eine Art eines bei Ventilen mit kreisrundem Durchlaßquerschnitt an der Absperrstelle bekannten Kurzdiffusors mit plötzlicher Erweiterung am Diffusorausgang ausgebildet;

die Trapezform des Querschnitts in dem sich kontinuierlich erweiternden Übergangsbereich beibehalten ist und der Übergang auf den kreisförmigen Querschnitt des sich anschließenden Rohres zusammen mit der plötzlichen Erweiterung am Diffusorausgang erfolgt.

Durch die Vereinfachung können die Übergangsbereiche zu beiden Seiten der Absperrstelle gleich ausgebildet werden, so daß das Ventil keine bevorzugte Durchströmungsrichtung mehr aufweist. Da zusätzliche Übergangsstücke nicht mehr vorgesehen sind, entfallen auch die mit ihnen verbundenen Nachteile, wie Verteuerung, erhöhte Einbaulänge und Einbauschwierigkeiten.

Der Übergangsbereich kann mit einer Querschnittsänderung längs seiner Achse ausgebildet sein, die der Querschnittsänderung eines Konus mit Kegelwinkel im Bereich von 10° bis 14° entspricht. Bei Benutzung solcher äquivalenter Kegelwinkel entsprechender Querschnittsänderung läßt sich optimaler Druckwirkungsgrad erreichen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können sich die Begrenzungswände des Übergangsbereiches an der plötzlichen Erweiterung mit einem Radius bis zu D/A krümmen, wobei D der Durchmesser des anzuschließenden Rohres ist.

Bevorzugt wird man die plötzliche Erweiterung am Diffusorausgang praktisch am äußeren Ende des Anschlußslutzens und zu gleichzeitigem Übergang auf Quersciinittsgröße und Querschnittsform des anzuschließenden Leitungsrohres ausbilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die plötzliche Erweiterung am Diffusorausgang in der Verbreiterung des Trapez-Querschnitts des Übergangsbereiches an den Trapez-Breitseiten auf den Durchflußquerschnitt des anzuschließenden Rohres bestehen. Es kann somit die kontinuierliche Erweiterung im Übergangsbereich an den Schmalseiten des Trapez-Querschnitts bis in die Anschlußstelle des anzuschließenden Rohres geführt und die plötzliche Erweiterung lediglich an den Breitseiten des Trapez-Querschnitts vorgesehen werden. Hierdurch läßt sich eine besonders günstige Vereinfachung der Übergangsbereiche erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ventil für strömende Medien mit symmetrischer Ausbildung der Übergangsbereiche und im wesentlichen trapezförmigen Durchlaßquerschnitt an der Absperrstelle im Schnitt 1-1 der Fig. 2;

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1 und F i g. 3 eine Endansicht nach der Linie 3-3 der F i g. 2.

im dargestellten Beispiel handelt es sich um ein Ventil für strömende Medien, beispielsweise Flüssigkeiten mit einem konischen Absperrelement 70, das eine Durchlaßöffnung 71 mit im wesentlichen trapezförmigen Durchlaßquerschnitt aufweist (siehe F i g. 3). Das Ventilgehäuse 75 weist in seinem das Absperrelement 70 aufweisenden Bereich Ventilkörperöffnungen 72 und 74 auf, die in geöffneter Stellung des Absperrelements 70 ähnliche Trapezform wie der Durchlaßquerschnitt aufweisen. Zu beiden Seiten dieser Ventilkörperöffnung 72 und 74 sind in symmetrischer Anordnung Übergangsbereiche 76 und 78 angeschlossen, die sich praktisch bis zum jeweiligen Eingang und Ausgang 80 bzw. 82 des Ventils erstrecken, d. h. bis praktisch zum äußeren Ende der Anschlußstutzen. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, erweitern sich die Wände der Übergangsbereiche 76 und 78 derart, daß in jedem Querschnitt ähnliche Trapezform erhalten bleibt. Der Einschlußwinke] zwischen den sich paarweise gegenüberliegenden Wänden, die die Übergangsbereiche 76 und 78 in der horizontalen und vertikalen Ebene begrenzen, ist so gewählt, daß er ein Flächenzuwachsverhältnis in den Übergangsbereichen 76 und 78 ergibt, das im wesentlichen dasselbe ist wie bei einem konischen Übergangsbereich mit Kegelwinkel von 6° bis kleiner als 20°, vorzugsweise 10° bis 14°.

Die Übergangsbereiche 76 und 78 erstrecken sich über die gesamte verfügbare Übergangslänge im angestrebten Einschlußwinkel bis zu einem praktischerweise möglichst nahen Punkt am jeweiligen Ventilende, wo die plötzliche Erweiterung vorgesehen ist. Dort ist — wie aus Fig.3 ersichtlich — der jeweilige Übergangsbereich 76 bzw. 78 im wesentlichen auf die Durchflußfläche des anzuschließenden Rohres verbreitert, also praktisch nur an den Breitseiten des Trapez-Querschnitts vorgenommen.

Die Begrenzungswände der Übergangsbereiche 76 und 78 krümmen sich an der plötzlichen Erweiterung bei 79 mit einem Radius, der bis zu D/4 beträgt, wobei Öder Durchmesser des anzuschließenden Rohres ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ventil für strömende Medien mit gegenüber einem kreisrunden Leitungsquerschnitt eingezogenem, im wesentlichen trapezförmigem Durchlaßquerschnitt an der Absperrstelle und zwischen der Absperrstelle und den Ansatzflächen für die Leitungen kontinuierlich sich in Art eines Diffusors erweiternden Obergangsbereichen, dadurch gekennzeichnet, daß unter gemeinsamer Anwen- ₎₀ dung folgender, für sich bekannter Mittel