DE2408678B2 - Steuerventil mit einem hohlzylindrischen, entlasteten ventilkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil mit einem hohl/ylindrischen, entlasteten Vrntilkörper, der an dem dem gleichfalls hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilsitz zugewandten Hnde mit über den Umfang verteilten Bohrungen geringen Querschnitts quer zu seiner Achse versehen ist, .'ie in der Schließstellung abgesperrt sind und bei Beginn des Öffnungshubes fortlaufend freigege- J5 ben werden, wobei der V^ntilkö. per bei größerem Hub zur Freigabe eines größerc.i Dt -chflußquerschnitts aus dem Ventilsitz herausbewegbar ist.

Bei derartigen bekannten Ventilen (GB-PS 2 50 861) werden bei beginnendem Hub des Ventilkörpers zunehmend Drosselbohrungen freigegeben, die auf dem hohlzylindrischen Vorderabschnitt des Ventilkörpen über del. Umfang und die Länge verteilt angeordnet sind. Das durch diese Drosselbohrungen durchtretende Medium strömt dann durch den eigentlu.nen Absperrquerschnitt des Ventils zum Auslaß. Bei Erreichen eines bestimmten Hubes wird dann ein größerer ringförmiger Durchtrittsquerschnitt freigegeben. Da das dem Ventilsitz zugekehrte Ende dieses Ventilkörpers offen ist, wird die Strömung nach Durchtritt durch Drosselbohrungen nicht mehr weiter behindert, so daß auch keine weitere Drosselung durch die Drosselbohrungen selbst erfolgen kann. Der zwischen den Ventilsitzen bei größerem Hub des Ventilkörpers sich ergebende Durchlaß ist aber strömungstechnisch sehr ungünstig ausgebildet und ss bringt einen erheblichen Druckabfall mit sich. Dieses bsksnnic Υεηίίί bewirkt aiso über seinen gesamten Öffnungsbereich einen erheblichen Druckabfall.

Es ergeben sich aber Betriebsverhältnisse, bei denen ein großer Regelbereich teils mit Drosselwirkung, teils mit möglichst geringem Druckabfall erforderlich ist, wie Anfahr- Betriebs- und Abfahr-Regelvorgänge in Hochdruck-Großleistungs-Dampferzeugern. Ähnliche Betriebsverhältnisse ergeben sich bei Zwangsdurchlaufkesseln mit hoher Leistung, wobei sich der Anfahrprozeß, beginnend im Gebiet kaltem oder vorgewärmtem Speisewassers über den Verdampfungszustand, den Zustand des Wasser-Dampf-Gemisches, des Sattdampfes, des üb°rhnzten Dampfes und schließlich des Heißdampfes erstreckt.

Wegen der großen technischen Schwierigkeiten bei derartigen Prozessen, insbesondere wegen der schwierig zu beherrschenden regelungstechnischen Beb.nge, werden bisher für den Anfahr- und Abfahrprozeß speziell ausgelegt Drossel- und Anfahr-Regelventile verwendet, mit weichen der Anfahrprozeß mit anfangs sehr hohem Differenzdruckgefälle bei minimalen Anfangsdurchsatzmengen bis zu mittleren Durchsatzmengen mit abnehmender Tendenz des Differenzdruckgefälles gefanren wird. Dazu können die eingangs erwännten bekannten Ventile benutzt werden.

Nach dem Anfahren übernenmen bis jetzt in der Regel speziell für den Halblast-, Vollast- und Überlastbetrieb ausgelegte gesonderte Regelorgane die Versorgung. Die in letzteren Betriebsbereichen auftretenden Bedingungen erfordern große Durchsatzmengen bei kleinem Druckgefälle. Die in diesen Betriebsbereichen auftretenden regelungstechnischen Aufgaben werden mit hierfür besonders ausgebildeten Ventilkonstruktionen durchgeführt. So ist ein Ventil mit einem auch bei großen Durchstrommengen geringen Druckabfall bekannt (US-PS 37 OJ 273), bei dem der Soden des Verschlußkörpers so ausgebildet ist, daß er mit der Kontur des Ventilsitzes einen konvergent-divergenten Strömungskanal mit Vcnturibedingungen bildet.

Bei Verwendung dieser bekannten Ventile ist jedoch zur Durchführung des Kesselanfahrens einerseits und des normalen Kesselbetriebes bis zum Überlastbereich ander rstiis eine sehr komplexe Regeleinhut mit zwei getrennten komplexen Betriebsregeleinheiten je Kessel erforderlich.

Es ist zwar ein Ventil mit großem Regelbereich bekannt (DL-PS 77 630), bei welchem ein als Absperrelement dienender Abschlußkegel mit relativ geringtm Strömungswiderstand und ein gesonderter, darunter liegender, axial beweglicher Steuerkolben vorgesehen ist, der von einer stationären, mit Lochdüsen versehenen Steuerbuchse umgeben «st. Der Aufbau bei diesem Ventil ist jedoch rJativ kompiliert, und es entsteht bei voller öffnung des Ventils auch immer noch ein erheblicher Druckabfall.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein derartiges Ventil, das an Stelle von je einem Ventil für geringe Durchströmung mit hohem Druckabfall und für hohe Durcnströmung mit geringem Druckabfall verwendbar ist, so auszugestalten, daß es wesentlich einfacher im Aufbau ist, und bei welchem der Druckabfall bei VoHasi gegenüber dem bekannten Ventil noch wesentlich vermindert ist.

Gemäß der Erfindung vird dies dadurch erreicht, daß bei e/nem Ventil der eingangs erwähnten Art der Ventilkörper an dem dem Ventilsitz zugewandten Ende geschlossen ausgebildet und in Achsrichtung mit Bohrungen geringen Qnprcohnitts versehen :si, "wobei die Außenkontur des Ventilkörperendes bei größerem Hub mit dem Ventilsitzelement einen konvergent-divergenten Kanal entsprechend dem einer Venturidüse bildet.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird also, wie bei den eingangs erläuterten Drosselventilen m< ersten Teil des Öffnungsbereiches ein stark gedrosselter Durchgang durch die an sich bekannten Radialbohrun gen in der Seitenwand des Ventilkörper·; über da Innere des Ventilkörpers und durch die Bohrungen geringen Querschnitts in dem dem Ventilsitz zugewan«) ten Ende erreicht, ohne dali die Durchtrittsbohrunyen

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mit geringem Querschnitt in dem dem Ventilsit/ zugewandten [side bei weiter peöifneten Ventil die Strömung entsprechend der Ausbildung dieses Endes beeinflussen.

Durch die geschlossene Ausbildung des Ventilkörperendes ist also einerseits eine Formgebung möglich, durch die sich bei größerem Hub des Ventilkörpers eine Strömung mit sehr geringem Druckabfall ergibt, während andererseits bei geringem Hub eine der Anzahl der freigegebenen Bohrungen entsprechende Drosselung vorhanden ist. Hierdurch können zwei Ventile, von dc.-n eines optimal für große Durchfluß mengen und das andere für einen hohen Druckabfall ausgelegt ist, durch ein einziges Ventil ersetzt werden. Dadurch werden wesentlich geringere Kosten für die Hinrichtung und die Wartung der Anlage, eine Vereii.fachung der Kreisläufe, z.C. bei Kesselanlagen und eine Vereinfachung der Regelci ■■· "Mung, eine Verringerung der Temperature!.war ngen in den Anfahrkreisläuien und eine größer- '. iriebs/uverläs sigkeit der Anlage als nrt r» ' „„men Anordnungen erreicht werden.

Zur Steuerung des · e»vils ist vorzugsweise ein Servomotor an dem Kopf ouer an der Seite des Ventils. je nach Platzbedarf in der Anlage, angebracht.

Es ist /war ein entlastetes Einsitzven»·! mit einem Hauptventilkörper und einem mit der Ventilspindel starr verbundenen Vorhubventilkörper bekannt (CHFS 4 23 389), bei dem der Boden des Hauptventükörpers mit öffnungen zum Durchtritt von Medium in eine Mischkammer versehen ist. Bei diesem bekannten Ventil dienen jedoch die Bohrungen in d?m geschlossenen Ende des Ventilkörpers lediglich der Druckentlastung. Eine stark gedrosselte geringe Strömung durch diese Bohrungen beim Beginn des Ventilhubes, wie bei dem erfindungsgemäßen Ventil, ist bei diesem bekannten Ventil nicht möglich.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausfuhrungsbeispiel naher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt durch ein erfindun₀sgemäßes Ventil

Dieses dargestellte Ventil ist ein Winkelventil mit einem an der Seite hegenden Einlaß 1 für die Flüssigkeit und einem Ventilkörper 2, der in jeder Lage beim Hub bis zu 100% entlastet ist.

Die Druckentlastung des Absperrteils ist sowohl für ein exaktes und sicheres Steuern ?'s auch bei den f'ir den Hochdruck dimensionierten Bauteilen erforderlich, da es nicht fachgerecht ist. Servomotoren zu verwenden, ohne die dem Druck ausgesetzten bewegbaren Teile zu entlasten.

Wenn das Ventil geschlossen ist, wirkt die stromaufwäris sie!: befindende Flüssigkeit auf die zylindrische Überfläche des Absperrteils, dessen Schaft einen gleichen Austrittsquerschnitt von dem Mantel 3, wie der Querschnitt an dem Veniiisiiz, aufweist: deshalb kanu der stromauf gerichtete Druck P1 keine unausgeglichene Kraft auf das Absperrventil ausüben.

Ebenfalls wird der stromab gerichtete Druck P 2 durch das Übertragen desselben auf ein Entlastunesbauteil 4 ausgeglichen, welches an der Außenseite des Ventilknrners vorgesehen ist somit wirkt der strom.ih gerichtete Dru. k auf zwei entgcgenliegende, identisi/hi Querschnitte des Absperrteil^

Der Durchmesser des Stößels 5 ist auf der dein Entiastungsteil zugewandten Seite geringfügig grolV, als der Durchmesser des dem Ventilsitz zugewandten Ventilkörpers 2, um den Querschnitt des Stößds 10. der über den Kopf des Entlastungsbauteils 4 hinausragi. auszugleichen. Da das Ventil in jeder Orfnungssiclliing ausgeglichen ,st. wirken sich die stromab oder stromauf gerichteten wechselnden Druckverhältnisse nicht auf das Ventil aus.

Der Servomotor unterstutzt nur die Überwindung der Reibungskräfte und ist entsprechend der Packungshohe der Stopfbuchse IJ, der Stopfbüchsen-Packungsart, dem maximalen Betriebsdruck und der Ausführung der gleitenden Bauteile ausgelegt. Der Servomotor kann entweder am Kopf oder an der Seite des Ventils entsprechend dem Platzbedarf der Anlage vergesehen sein.

Der gesamte Druckabfall, wie er in Ί'.-m ersten Feil des Ventilhubs auftritt, wird aufgeteilt (/ 1$. für die ersten 25% djs Hubs). Fur diesen sogenannten »Druckabfall« Bereich weist der Ventilkörp ' 2 einen zylinderformi gen Absatz 6 auf Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit wird nur durch die Anzahl clv Bohrungen 7. die entsprechend der Abwärtsbewegung des Ventilkör pers 2 geöffnet sind, gesteuert. Die Flüssigkeitssirahle trtiien im Mittelpunkt des Absperrteils aufeinand und bevor sie abfließen, erfahren sie einen weiteren Druckabfall, indem sie durch die vertikalen Bohrungen 8, die an dem unten liegenden Γ·.·ίΙ des Ventilkörpers 2 vorgesehen sind, aufgeteilt werden. Deshalb wirkt das gezeigte Ventil in den ersten, z.B. 2Wo des Ventilhubs als ein mehrfaches Druikabfallveniii und kann deshalb hohe Druckunterschied abbauen.

In den als Rest verbleibenden z.B. 75% des Ventilhubs weist das Absperrventil eine Außenkontur 9 auf, die dem Ventilsitzi-Iement des Winkelventils angepaßt ist. und einen Auslaß mit »Venturi« Wirkung bildet. Solche Ventile verursachen sehr geringe Druckab.älle.

Die Kennlinie der gesamten Strömungsgeschwindigkeit (von 0 bis 100% des Hubs) bildet einen unstetigen Kurvenverlauf.

Der Kurvenverlauf kann beeinflußt werden, indem die Anzahl der Öffnungen im ersten Bereich des Hubs passend verändert wird, und der entsprechende Prozentsatz der Kennlinie mit hohem Druckverlust im Vergleich mit der gesamten Kennlinie entsprechend gewählt wird (beispielsweise 25% und 100%).

Ein solche- Ventil kann die Aufgabe zweier Ventile in einer Kesselai lage erfüllen.

Geringere Kosten für die Einrichtung und die Wartung der Anlage. Vereinfachung der Kreisläufe und eine Vereinfachung der Regeleinrichtung. Verringerung

UCI [ CIl 1[JCl CM.Ul 3V Il wanivuilgu. I Itt UY.II ninauinii.i ivii und eine höhere Betriebszuverlässigkeit der Anlage sind die wichtigsten Vorteile, die bei der Anwentijng eines erfindunga.gemäßen Steuerventils erzielt werden.

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Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Steuerventil mit einem hohlzylindrischen, entlasteten Ventilkörper, der an dem dem gleichfalls *> hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilsitz zugewandten Ende mit über den Umfang verteilten Bohrungen geringen Querschnitts quer zu seiner Achse versehen ist, die in der Schließstellung abgesperrt sind und bei Beginn des Öffnungshubes fortlaufend it> freigegeben werden, wobei der Ventilkörper bei größerem Hub zur Freigabe eines größeren Durehflußquerschnitts aus dem Ventilsitz herausbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkorper (2) an dem dem Ventilsitz zugewandten Ende geschlossen ausgebildet und in Achsrichtung mit Bohrungen (8) geringen Querschnitts versehen ist, wobei die Außenkontur (9) des Ventilkörnerendes bei größerem Hub mit dem Ventilsitzelement einen konvergentdivergenten Kanal entsprechend dem einer Venturi-Düse bildet.
2. 2. Steuerventil nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen am Kopf oder an der Seite des Vontils, je nach Plat'bedarf in der Anlage, angebrachten Servomotor. ι*,