DE2431322A1

DE2431322A1 - Regelventil

Info

Publication number: DE2431322A1
Application number: DE2431322A
Authority: DE
Inventors: Hans Engel; Eberhard Sorger
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1974-06-29
Filing date: 1974-06-29
Publication date: 1976-01-08
Also published as: US4024891A; DE2431322B2; DE2431322C3

Description

07-0301 Ge 27. Juni 1974

HONEYWELL GmbH
6000 Frankfurt am Main

Regelventil

Die Erfindung betrifft ein Regelventil mit einem Dfosselkörper in Form einer Lochbuchse.

In der Zeitschrift "Instruments & Control Systems", Band 42, Sept. 1969, Seiten 141 bis 144 sind Regelventile beschrieben, die eine vorgegebene Druckdifferenz unter möglichst geringer LMrmentwicklung abbauen. Die Lärmentwicklung wird insbesondere durch Kavitation und überkritische Strömungsgeschwindigkeiten der Medien verursacht, wenn die Druckdifferenz zwischen der Eintrittsund Austrittsseite des Ventils zu groß wird. Erfahrungsgemäß läßt sich bei Gasen und Dämpfen mit einstufigen Ventilen der Eingangsdruck nur maximal um die Hälfte reduzieren, ohne daß Schallgeschwindigkeit und damit eine unerwünschte Lärmentwicklung auftritt. Aber selbst eine geringere Druckreduzierung ist ohne Lärmentwicklung nur dann möglich, wenn man für intensive Reibungsverluste des Mediums sorgtund der sogenannte Druckrückgewinn des Ventils minimal bleibt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise bei .einem auf Seite 142,Figur 3 der obengenannten Zeitschrift dargestellten Regelventil als Drosselkörper eine Lochbuchse verwendet,

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Es ist weiterhin durch die deutsche Patentschrift 1 008 977 ein geräuscharmes Regelventil bekanntgeworden, bei dem dem Ventil eine Festdrossel nachgeschaltet ist. Eine Festdrossel stellt einen Festwiderstand dar, der einen Druckabfall erzeugt, der etwa quadratisch mit der durchfließenden Menge ansteigt. Ist der Durchsatz konstant oder ändern sich die Verhältnisse nur sehr wenig, so kann man den Festwiderstand an die vorliegenden Eedingungen gut anpassen. Wenn jedoch der Regelbereich des Ventiles 3:1 oder größer ist, so läßt sich mit Festwiderständenkeine befriedigende Geräuschminderung erreichen. Im übrigen führt eine solche Festdrossel zu einer stark degressiven Ventilkennlinie, was in keinem Anwendungsfall erwünscht ist. Die Nachteile von Festdrosseln können durch mehrstufige Ventile vermieden werden. Aufgrund ihres hohen Preises, ihrer aufwendigen Fertigung und ihrer Toleranzprobleme werden mehrstufige Ventile jedoch nur in Spezialfallen eingesetzt.

Ausgehend von den bekannten Regelventilen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch entsprechende konstruktive Maßnahmen die maximal mögliche Druckdifferenz zu erhöhen, ohne daß die die Lärmemission bewirkenden kritischen Zustände auftreten. Hierbei sollen die Vorteile eines mehrstufigen Ventilen mit den Vorteilen einer Festdrossel vereinigt werden. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausfübrungsbeispiel eines Regelventils gemäß der Erfindung;

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Figur 2a eine Draufsicht auf eine Lochscheibenanordnung, Figur 2b einen Schnitt gemäß Linie II-II durch die Lochscheibenanordnung gemäß Figur 2a,

Figur 3a eine Draufsicht auf eine Lochscheibenanordnung, Figur 3b einen Schnitt gemäß Linie III-III durch die Lochscheibenanordnung gemäß Figur 3a und Figur 4 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Regelventils gemäß der Erfindung.

Gemäß Figur 1 ist in; ein Ventilgehäuse 1 ein Ventilsitzring 2 eingeschraubt. Der Ventilsitzring 2 weist eine Sitzkante 3 auf, welche mit einer entsprechenden Sitzkante 4 eines Drosselkörpers 5 zusammenarbeitet. Der Drosselkörper 5 besteht aus einer im Querschnitt H-förmigen Lochbuchse 6, die einerseits in dem Ventilsitzring 2 und andererseits in einer Führungshülse 7 verschiebbar geführt ist. Die Führungshülse 7 ist in ein Ventiloberteil 8 eingepreßt, welches über Schrauben 9 und einen zwischengefügten Dichtungsring 10 mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden ist. Ein Kolbenring 11 ist in einer Umfangsnut am oberen Teil der Lochbuchse 6 eingelegt und dichtet das das Ventil durchströmende Medium gegen die Führungshülse 7 ab. Mit dem Drosselkörper 5 steht eine Ventilstange 12 in Antriebsverbindung. Die Ventilstange 12 ist in einer nicht dargestellten Bohrung im Ventiloberteil 8 geführt und von einer ebenfalls nicht dargestellten dichtenden Packung umgeben. Gegen einen /msatz an der Ventilstange 12 stützt sich eine Nabe der Lochbuchse 6 nach oben ab. In der Lochbuchse 6 sind Lochscheiben 17 angeordnet. Die Lochscheiben 17 sind durch Abstandshülsen 16 voneinander distanziert. Die unterste Abstandshülse 16 ist etwas länger als die darüber befindliche Abstandshülse, wodurch eine Volumenvergrößerung zwischen den Lochscheiben 17 in Fließrichtung des Mediums gewährleistet wird. Die Lochscheiben 17 und die Abstandshülsen 16 werden durch eine hohlgebohrte Gewindestange 23 gehalten, die mit der Loch-

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buchse 6 verschraubt ist und durch eine Mutter 18 zusammengepreßt. Die Bohrung in der Gewindestange 23 sorgt in Verbindung mit einer weiteren Bohrung 19 in der Nabe der Lochbuchse 6 für einen Druckausgeleich des Ventils. Die unterhalb der Sitzkante 4 an dem Drosselkörper in der Lochbuchse 6 angeordneten Löcher 20 weisen einen sich mit zunehmender Entfernung von der Sitzkante vergrößernden Durchmesser auf. Ebenso wächst der freie Querschnitt der in den Lochscheiben 17 angeordneten Löcher 21 von Lochscheibe zu Lochscheibe in Fließrichtung des Mediums.

Aus den Figuren 2a bis 3b ist ersichtlich, wie der unterschiedliche Querschnitt eines Loches 21 einer jeden Lochscheibe 17 durch zwei identische Einzellochscheiben 17' und 17" erzielt werden kann, wobei die Einzellochscheiben 17' und 17" durch gegenseitige Verdrehung zueinander jede Lochgröße zwischen dem maximalen Lochdurchmesser und einem Minimum >*0 ermöglichen. Die beiden Einzellochscheiben 17' und 17" werden zweckmäßigerweise mittels Pünktschweißstellen 24 nach Einstellung der Lochgröße gegen gegenseitiges Verdrehen gesichert.

Figur 4 zeigt ein Regelventil in Käfigbauart. Ein Ventiloberteil 31 spannt zwischen sich und einem ringförmigen Anschlag 32 in einem Ventilgehäuse 33 einen Käfig 34 ein, Dichtungsringe 35 und 36 sind zwischen den Stirnflächen des buchsenförmigen Käfigs 34 und dem Ventiloberteil 31 bzw. der Ringkante 32 des Ventilgehäuses 33 zur Abdichtung gegen das das Ventil durchströmende Medium eingespannt. Der Käfig 34 weist je nach Nennweite eine unterschiedliche Anzahl von Fenstern 37 auf. In dem Käfig 34 ist ein Drosselkörper 38 verschiebbar angeordnet. Der Drosselkörper 38 ist ähnlich wie in Figur 1 als Lochbuchse 39 ausgebildet. Die Lochbuchse 39 weist eine Vielzahl von Löchern 40 in ihrer Wand auf. Innerhalb der Lochbuchse 39 sind im Abstand angeordnete Lochscheiben 41 befestigt. Die Lochscheiben 41 sind wiederum mit Löchern 42 unterschiedlicher Größe versehen. Die Einstellung der

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Lochgröße kann vorteilhaft in der anhand der Figuren 2a bis 3b beschriebenen Weise erfolgen. Sov/ohl der Käfig 34 als auch der Drosselkörper 38 sind mit umlaufenden, in der dargestellten Schließstellung aneinanderliegenden Sitzkanten 43 bzw. 44 versehen. Die Lochbuchse 39 steht mit einer Ventilstange 45 in Antriebsverbindung und ist bei ihrer Verschiebung in einer in das Ventiloberteil 31 eingepreßten Führungsbuchse 46 sowie in dem unteren Teil des Käfigs 34 geführt. Die Lochscheiben 41 sind durch Abstandshülsen 50 voneinander distanziert. Eine hohle Gewindestange 48 ist mit der Lochbuchse 39 verschraubt. Die Lochscheiben 41 und die Abstandshülsen 50 sind auf die hohle Gewindestange aufgeschoben und werden durch eine von unten auf die hohle Gewindestange 48 aufgeschraubte Mutter 49 zusammengepreßt. Die hohle Gewindestange 48 sorgt in Verbindung mit einer Bohrung 47 in der Lochbuchse 39 für einen Druckausgeleich des Ventils.

Bei der anhand der Figuren 1 und 4 beschriebenen Ausführung des erfindungsgemäßen Regelventils ist es gelungen, die Vorteile eines mehrstufigen Ventils mit den Vorteilen der Festdrossel zu vereinen. Es handelt sich hier um ein zweistufiges Ventil, wobei die erste Stufe durch die Drosselung zwischen Sitzring und Lochbuchse gegeben ist. Diese Art der Drosselung ist alleine allen übrigen bekannten Ausführungen, wie Parabol-Kegel, Schlitzkegel, U-Bord-Kegel usw. hinsichtlich Druckrückgewinn und Geräuschbildung überlegen. Die zweite regelbare Drosselstelle ergibt sich durch die Lage der Lochscheiben zu der Steuerkante des Sitzringes. Je nach Hubstellung sind 1,2,3 oder noch mehr Lochscheiben an der Drosselung des Mediumdruckes beteiligt. Durch die Abstimmung des vorhandenen Gesamtquerschnittes der Lochscheiben und der Abstände zueinander wird erreicht, daß der Druckabfall an der Lochbuchse einerseits und an den Lochscheiben andererseits unabhängig von Hubstellung und Durchflußmenge annähernd konstant bleibt. Dies ist ein ganz wesentliches Merkmal für die Geräuschminderung, denn kritische Verhältnisse müssen ja in allen Ilubstellungen mit Sicherheit vermieden werden.

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Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die Lochscheiben mit in die eigentliche Drosselstelle integriert wurden. Gegenüber einer Anordnung der Drosselstelle erst hinter dem Ventil ergibt sich im vorliegenden Fall eine höhere Wirksamkeit. Geschwindigkeitsspitzen, die im bekannten Fall zwischen regelbarer Drosselstelle und Festdrossel auftreten und dabei ihre unerwünschten Wirkungen, wie Stoßwellen und Geräusche entfachen, können bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Regelventils nicht auftreten.

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Claims

Patentansprüche

Regelventil mit einem Drosselkörper in Form einer Lochbuchse, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lochbuchse (6,39) zusätzlich im Abstand angeordnete Lochscheiben (17,41) angeordnet sind.
2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die die Lochscheiben (17,41) aufweisende Lochbuchse (6,39) in einem Ventilsitzring (2) oder Käfig (34) zwecks Veränderung des Durchflußquerschnittes für das Medium verschiebbar angeordnet ist.
3. Regelventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe der Löcher (20, 21,40,42) sowohl in der Lochbuchse (6,39) als auch in den Lochscheiben (17,41) in öffnungc- bzw. Fließric hbung zunimmt.
4. Regelventil nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung des freien Querschnittes in Fließrichtung des Mediums in der Weise erfolgt, daß der Druckabfall an den Lochscheiben (17,46) unabhängig von der Stellung des Drosselkörpers (5,38) bzw. unabhängig vom Durchsatz annähernd konstant bleibt.
5. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen den Lochscheiben (17,41) gleich ist oder in Fließrichtung des Mediums zunimmt.

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6. Regelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die sich aufgrund zunehmender Abstände zwischen den Lochscheiben (17,41) ergebenden wachsenden Volumina gemäß einer geometrischen Reibe gestaffelt sind.
7. Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die verschiebbare Lochbuchse (6,39) und der ortsfest angeordnete Ventilsitzring (2) bzw. Käfig (34) zusammenwirkende Sitzkanten (3,4; 43,44) aufweisen.
8. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Lochscheibe (17) aus einem Paar gleicher aufeinanderliegender Scheiben (17¹, 17") besteht und daß die Lochgröße durch gegenseitiges Verdrehen beider Scheiben (17¹, 17") einstellbar ist.
9. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lochbuchse (6,39) im Querschnitt H-förmig ist und mit ihrem oberen Teil in einer in ein Ventiloberteil (8,31) eingesetzten Führungshülse (7,46) geführt ist,
10. Regelventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Lochbuchso (6,39) durch Schraubverbindung mit der Ventilstange (12,45) verbunden ist und die Lochscheiben (17,41) bzw. die Abstandshülsen (16, 46) durch eine hohl gebohrte Gewindestange (23,48) und durch eine Gewindemutter (18,49) gehalten werden.
11. Regelventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Gewindestange (23,48) eine Bohrung aufweist und in Verbindung mit einer weiteren Bohrung (19,47) im Drosselkörper (5,38) ein Druckausgleich hergestellt wird.

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