DE2439225A1

DE2439225A1 - Noise attenuation control valve - uses throttling elements of sintered globular particles of chromium steel

Info

Publication number: DE2439225A1
Application number: DE2439225A
Authority: DE
Inventors: Hans Engel
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell GmbH
Priority date: 1974-08-16
Filing date: 1974-08-16
Publication date: 1976-02-26

Abstract

An effective means for the reduction of the noise is to increase the amount of friction encountered by the fluid or gas during its passage through the valve. The present design envisages a throttling element (11) with a shape of a bush, which is built into the valve body in such a way that the fluid or gas has to pass the cylindrical wall of the bush. The element is permeable and is made of sintered globular particles contg. external perimeter with a rigid spacer. The sum of openings across the spacer together with the free flow area across the element determines the characteristic of the valve.

Description

07-0304 Ge 14. August 197407-0304 Ge August 14, 1974

HONEYWELL GmbH
6000 Frankfurt am MainHONEYWELL GmbH
6000 Frankfurt am Main

RegelventilControl valve

Die Erfindung betrifft ein Regelventil mit einem Drosselkörper im Durchtrittsquerschnitt des Mediums.The invention relates to a control valve with a throttle body in the passage cross section of the medium.

In der Zeitschrift "Instruments and Control Systems", Band 42, September 1969, Seiten 141 bis 144, sind Regelventile beschrieben die eine vorgegebene Druckdifferenz unter möglichst geringer Lärmentwicklung abbauen. Die Lärmentwicklung wird insbesondere durch Kavitation und überkritische Strömungsgeschwindigkeiten der Medien verursacht, wenn die Druckdifferenz zwischen der Eintritts- und 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 sorgt und 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.Control valves are described in the journal "Instruments and Control Systems", Volume 42, September 1969, pages 141 to 144 which reduce a given pressure difference with as little noise as possible. The noise development is particularly caused by cavitation and supercritical flow velocities of the media if the pressure difference between the inlet and the outlet side of the valve becomes too large. Experience has shown that single-stage valves can be used for gases and vapors reduce the inlet pressure by a maximum of only half, without the speed of sound and thus undesirable noise development occurs. But even a lower pressure reduction is only possible without noise if one works for intensive Frictional losses of the medium ensures and the so-called pressure recovery of the valve remains minimal. For this purpose, for example in a control valve shown on page 142, FIG. 3 of the above-mentioned magazine, a perforated bushing is used as a throttle body used.

Hz/sr 609809/021BHz / sr 609809 / 021B

Ausgehend von diesem bekannten Regelventil ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch entsprechende Ausbildung des Drosselkörpers die Reibungsverluste für das Medium und dadurch die maximal mögliche Druckdifferenz zu erhöhen, ohne daß die die Lärmemission bewirkenden kritischen Zustände auftreten. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1~3 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.Based on this known control valve, it is the task of the present invention, by appropriate design of the throttle body, the friction losses for the medium and thereby to increase the maximum possible pressure difference without the critical conditions causing the noise emission occurring. the This object is achieved in accordance with those characterized in claims 1-3 Invention. Further advantageous refinements of the invention can be found in the subclaims.

Der Einsatz von Sintermetall-Werkstoffen für die Luftschalldämpfung ist seit längerem bekannt. Diese Schalldämpfer werden vornehmlich aus kugeligen Bronzeteilchen durch Sintern hergestellt. Für einige Anwendungsfälle mit hoher Temperatur und/oder chemisch agressiven Bestandteilen des Durchströmungsmediums werden versinterte Metallfasermatten aus Chrom-Nickel-Stahl eingesetzt. Für einen Einsatz in Regelventilen haben sich beide Sintermetall-Werkstoffe als ungeeignet erwiesen. Sinterbronzeteile weisen eine mangelnde Korrosxonsbeständigkeit auf und versinterte Metallfasermatten aus Chrom-Nickel-Stahl besitzen eine zu große Filterwirkung und einen zu geringen Durchflußwert. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Sinterwerkstoff weist die Vorteile der vorher genannten Sinterwerkstoffe auf, ohne deren Nachteile zu besitzen. Er erlaubt die Verwendung als Drosselkörper in einem Regelventil, wobei an den Reinheitsgrad der durchströmenden Gasen und Flüssigkeiten keine allzu hohen Anforderungen zu stellen sind, die Regelung chemisch agressiver Medien, z.B. von Ammoniakverbindungen möglich wird und ein ausreichender Durchflußwert gewährleistet ist. Weitere Eigenschaften von Sintermetall-Werkstoffen, wie beispielsweise ihre unzureichende Festigkeit und die schlechte Regelbarkeit des Durchflusses, die bisher ihre Anwendung in Regelventilen entgegenstanden, werden durch besondere erfindungsgemäße Maßnahmen, wie z.B. einen in bestimmter Weise gelochten Stützkäfig beeinflußt.The use of sintered metal materials for airborne sound insulation has been known for a long time. These silencers are mainly made from spherical bronze particles by sintering. For some applications with high temperature and / or chemically aggressive components of the flow medium sintered metal fiber mats made of chrome-nickel steel are used. Both have chosen to be used in control valves Sintered metal materials proved to be unsuitable. Sintered bronze parts show a lack of corrosion resistance and have sintered metal fiber mats made of chrome-nickel steel a filter effect that is too great and a flow rate that is too low. The sintered material proposed according to the invention has the advantages of the aforementioned sintered materials without having their disadvantages. It allows the use as a throttle body in a control valve, whereby the degree of purity The requirements of the gases and liquids flowing through are not too high, the regulation is chemically more aggressive Media, e.g. ammonia compounds, is possible and a sufficient flow rate is guaranteed. Other properties of sintered metal materials, such as their inadequate Stability and the poor controllability of the flow, which hitherto prevented their use in control valves, are influenced by special measures according to the invention, such as a support cage perforated in a certain way.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:Based on shown in the figures of the accompanying drawing Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below. Show it:

6 0 9 8 0 9/02186 0 9 8 0 9/0218

24332252433225

Figur 1 einen Schnitt durch ein geräuscharmes Regelventil gemäß der Erfindung, wobei rechts und links der Mittellinie verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind, Figur 2a einen Schnitt durch ein Regelventil mit einem Drosselelement aus Sintermetall und einem gelochten Stützkäfig, wobei das Medium von außen nach innen fließt, Figur 2b einen Schnitt gemäß Linie A-B in Figur 2a, Figur 3a einen Schnitt durch ein Regelventil mit einem Drosselelement aus Sintermetall und einem gelochten Stützkäfig, wobei das Medium von innen nach außen fließt, Figur 3b einen Schnitt gemäß Linie C-D in Figur 3a und Figur 4 einen Schnitt durch eine dem Ventil nachgeschaltete Festdrossel, bestehend aus einer Sintermetallscheibe und zwei gelochten Stützscheiben.Figure 1 shows a section through a low-noise control valve according to the invention, with the right and left of the center line various embodiments are shown, Figure 2a shows a section through a control valve with a Throttle element made of sintered metal and a perforated support cage, whereby the medium flows from the outside to the inside, FIG. 2b shows a section along line A-B in FIG. 2a, FIG. 3a shows a section through a control valve with a throttle element made of sintered metal and a perforated support cage, whereby the medium flows from the inside to the outside, FIG. 3b shows a section along line C-D in FIG. 3a and FIG. 4 shows a section through a downstream of the valve Fixed throttle, consisting of a sintered metal disc and two perforated support discs.

Gemäß Figur 1 weist das geräuscharme Regelventil ein Gehäuse auf, das mit einem Ventiloberteil 8 in nicht näher dargestellter Weise verschraubt ist. Zwischen dem Ventiloberteil 8 und dem Gehäuse 10 wird ein Stützkäfig 4 bzw. 9 unter Zuhilfenahme elastischer Spiraldichtungen 1,7 und 13 eingeklemmt. Die Zentrierung des Stützkäfigs 4 bzw.9 erfolgt im Ventilgehäuse 10 bzw. in einem Sitzring 14. Zwischen dem Stützkäfig 4 bzw. 9 und dem Gehäuse 10 bzw. dem Sitzring 14 wird der Drosselkörper 2 bzw. 11 gehalten. Der Drosselkörper 2 bzw. 11 besteht aus zusammen gesinterten kugeligen mindestens 17% Chrom aufweisenden Chromstahl-Partikeln. Der verwendete Chromstahl ist beispielsweise unter den Werkstoff-Nummerη 1.4016 bzw. 1.4510 erhältlich.According to FIG. 1, the low-noise control valve has a housing which is connected to an upper valve part 8 in not shown in detail Way is screwed. Between the upper valve part 8 and the housing 10, a support cage 4 or 9 is clamped in with the aid of elastic spiral seals 1, 7 and 13. The centering of the support cage 4 or 9 takes place in the valve housing 10 or in a seat ring 14. Between the support cage 4 or 9 and the housing 10 or the seat ring 14, the throttle body 2 or 11 is held. The throttle body 2 or 11 consists of sintered together spherical chromium steel particles containing at least 17% chromium. The chrome steel used is, for example, among the Material number η 1.4016 or 1.4510 available.

Bei seitlicher Anströmung, d.h. von außen nach innen, stützt der Lochkäfig 4 den Drosselkörper 2 von innen ab. Andererseits stützt bei einer Anströmung von unten, d.h. von innen nach außen, der Stützkäfig 9 den Drosselkörper 11 von außen ab. In beiden Fällen wird durch diese Maßnahme ein Bersten des in Form einer Sintermetallbuchse vorliegenden Drosselkörpers verhindert. Ein Steuerkolben 12 steht mit einer Kolbenstange 5 in Antriebsverbindung und weist aus Figur 2b ersichtliche Durchbrüche 16 auf, welcheWith lateral flow, i.e. from the outside in, the perforated cage 4 supports the throttle body 2 from the inside. On the other hand, supports with a flow from below, i.e. from the inside to the outside, the support cage 9 removes the throttle body 11 from the outside. In both cases This measure prevents the throttle body in the form of a sintered metal bushing from bursting. A control piston 12 is in drive connection with a piston rod 5 and has openings 16 which can be seen in FIG

9/02169/0216

zusammen mit im Ventiloberteil 8 angebrachten Druckentlastungsbohrungen 15 einen Druckausgleich gestatten. Der Steuerkolben weist an seinem unteren und oberen Ende zwei umlaufende Sitzkanten 17,34 bzw. 19,35 auf, welche in der Schließstellung des Ventils mit den entsprechenden Sitzkanten am Stützkäfig 4 bzw. am Ventilsitzring 14 und Stützkäfig zusammenarbeiten. Der Steuerkolben 12 kann im Stützkäfig 4 bzw. im Drosselkörper 11 direkt geführt sein; im dargestellten Beispiel jedoch erfolgt die Führung mittels eines zylindrischen Kolbenschafts 20, der in einer in das Ventiloberteil 8 eingepreßten Führungsbuchse 6 gleitet.together with pressure relief bores made in the valve upper part 8 15 allow pressure equalization. The control piston has two circumferential seat edges at its lower and upper end 17.34 and 19.35, which in the closed position of the valve with the corresponding seat edges on the support cage 4 or on Valve seat ring 14 and support cage work together. The control piston 12 can be in the support cage 4 or in the throttle body 11 directly be led; In the example shown, however, the guide is carried out by means of a cylindrical piston shaft 20, which is in a guide bushing 6 pressed into the upper valve part 8 slides.

Wie insbesondere aus den Figuren 2a und 2b hervorgeht, weist der Stützkäfig 4 eine Reihe von Bohrungen 21 auf, welche der Sintermetallbuchse 2 benachbart angeordnet sind. Die Anzahl, Größe und Lage der Bohrungen 21 im Stützkäfig 4 bestimmen in hohem Maße die Regelcharakteristik. Wie weiterhin, insbesondere aus Figur 2a hervorgeht, ist die Sintermetallbuchse 2 zwischen einem Absatz am Stützkäfig 4 und einem Absatz am Ventilgehäuse 10 lediglich eingeklemmt, so daß ein Auswechseln der Sintermetallbuchse 2 bei Verstopfung oder Verschleiß in wenigen Minuten ohne Hilfswerkzeug möglich ist. Zur Versteifung der Sintermetallbuchse 2 sind Längsrippen 22 vorgesehen, durch welche die Durchlässigkeit der Sintermetallbuchse 2 nicht wesentlich beeinträchtigt wird.As can be seen in particular from FIGS. 2a and 2b, the support cage 4 has a series of bores 21, which the sintered metal bushing 2 are arranged adjacent. The number, size and position of the bores 21 in the support cage 4 determine to a large extent the control characteristic. As can also be seen, in particular from FIG. 2a, the sintered metal bushing 2 is between a shoulder only clamped on the support cage 4 and a shoulder on the valve housing 10, so that a replacement of the sintered metal bushing 2 at Blockage or wear and tear in a few minutes without tools is possible. To stiffen the sintered metal bushing 2, longitudinal ribs 22 are provided, through which the permeability of the sintered metal bushing 2 is not significantly affected.

Ebenso sind gemäß Figuren 3a und 3b bei innenliegender Sintermetallbuchse 11 und außenliegendem Stützkäfig 9 im Stützkäfig 9 Bohrungen 23 vorgesehen und die Sintermetallbuchse 11 ist mit längsgerichteten Versteifungsrippen 24 versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Sintermetallbuchse 11 zwischen einem Absatz am Stützkäfig 9 und einem Absatz am Ventilsitzring 14 eingespannt. Auch hier ist eine leichte Auswechselbarkeit der Sintermetallbuchse 11 bei einer etwaigen Verstopfung oder bei ihrem Verschleiß gegeben.Likewise, according to FIGS. 3a and 3b, the sintered metal bushing is on the inside 11 and the external support cage 9 in the support cage 9 Bores 23 are provided and the sintered metal bushing 11 is with longitudinal stiffening ribs 24 provided. In this embodiment the sintered metal bushing 11 is between a shoulder on the support cage 9 and a shoulder on the valve seat ring 14 clamped. Here, too, is an easy interchangeability of the Sintered metal bushing 11 in the event of a blockage or at given their wear and tear.

Gemäß Figur 4 ist ein einfacher scheibenförmiger Drosselschalldämpfer dargestellt, der dem Regelventil bei der Entspannung vonAccording to Figure 4 is a simple disc-shaped throttle silencer shown, the control valve when relieving

6 0 9 8 0 9/02166 0 9 8 0 9/0216

Gasen und Dämpfen nachgeschaltet wird. Der Drosselschalldämpfer ist außerordentlich kurz und wird unter Verwendung von zwei gleichen Dichtungen 32 und 33 zwischen das Ventilgehäuse 10 und einen Flansch 30 einer Auslauf-Rohrleitung 31 mittels der üblichen, nicht dargestellten Befestigungsschrauben eingespannt. In einem Ring 25, dessen Außendurchmesser mit dem Außendurchmesser der Dichtleisten der Flansche übereinstimmt und dessen Innendurchmesser an den Innendurchmesser der Auslauf-Rohrleitung 31 angepaßt ist, wird eine Lochscheibe 29 durch Einschweißen befestigt. Zwischen der feststehenden Lochscheibe 29 und einer weiteren losen Lochscheibe 27 wird eine Scheibe 28, bestehend aus dem zuvor beschriebenen Sintermetall mittels einer Ringmutter festgeklemmt. Die Lochscheiben 27 und 29 haben wiederum eine Stützfunktion für die eigentliche Drosselscheibe 28 und bestimmen aufgrund von Größe, Anzahl und Verteilung ihrerBohrungen zusammen mit dem Drosselkörper 28 die Drosseleigenschaft des Drosselschalldämpfers. Ein Auswechseln bzw. Reinigen der Drosselscheibe ist auch hier leicht durchzuführen.Gases and vapors are connected downstream. The choke silencer is extraordinarily short and is made using two the same seals 32 and 33 between the valve housing 10 and a flange 30 of an outlet pipe 31 by means of the usual, fastening screws not shown clamped. In a ring 25, the outer diameter of which corresponds to the outer diameter of the sealing strips of the flanges and its inner diameter corresponds to the inner diameter of the outlet pipeline 31 is adapted, a perforated disk 29 is attached by welding. Between the fixed perforated disk 29 and another A loose perforated disk 27 becomes a disk 28, consisting of the sintered metal described above by means of a ring nut clamped. The perforated disks 27 and 29 in turn have a support function for the actual throttle disk 28 and determine based on the size, number and distribution of their bores together with the throttle body 28, the throttle property of the throttle silencer. Replacing or cleaning the throttle disc is easy to do here too.

Der in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendete Drosselkörper besteht, aus einem Sintermetall, dessen Partikel aufgrund der besonderen Sintermetallmischung eine angenäherte' Tropfen- bzw. Kugelform besitzen bei einer sehr geringen Oberflächenrauhigkeit. Dadurch wird die Filterwirkung und die Gefahr einer Verstopfung bei unsauberen Medien stark herabgesetzt. Vorzugsweise ist jedoch die Ausführung des beschriebenen geräuscharmen Ventils für saubere Medien ohne Feststoffanteile vorgesehen. Zu nennen wären aufbereitetes Speisewasser bzw.Dampf in Dampfkraftanlagen, wo die Differenzdrücke besonders hoch sind. Ferner ergibt sich eine bevorzugte Anwendungsmöglichkeit bei Luft, Stickstoff, Wasserstoff,in Chemieanlagen und nicht zuletzt bei sauberen gasförmigen oder flüssigen Kohlewasserstoffen in Raffinerien und petrochemischen Betrieben. Bei entsprechend großer Fläche der Sintermetallbuchse lassen sich noch etwa 25% des Maximaldurchflusses eines Standard-Ventiles realisieren.The one used in the above-described embodiments Throttle body consists of a sintered metal, the particles of which due to the special sintered metal mixture have an approximate ' Teardrop or spherical shape have a very low surface roughness. This will reduce the filtering effect and the Risk of clogging with unclean media greatly reduced. Preferably, however, the implementation of the described low-noise valve intended for clean media without solid matter. Treated feed water or steam should be mentioned in steam power plants, where the differential pressures are particularly high. Furthermore, there is a preferred possible application at Air, nitrogen, hydrogen, in chemical plants and last but not least for clean gaseous or liquid hydrocarbons in refineries and petrochemical plants. With accordingly large area of the sintered metal bushing, around 25% of the maximum flow rate of a standard valve can be achieved.

6 0 9 8 0 9/02166 0 9 8 0 9/0216

Dies ist ein annehmbarer Wert für geräuscharme Ventile, bei denen üblicherweise der Durchflußwert auf 5 bis 40% reduziert wird. Die Regelbarkeit des Ventils ist ausgezeichnet, wenn man Anzahl, Größe und Lage der Löcher im Stützkäfig auf die Erfordernisse abstimmt. Der geringen Festigkeit des Sinterwerkstoffes,This is an acceptable value for low noise valves where the flow rate is typically reduced to 5 to 40% will. The controllability of the valve is excellent if the number, size and position of the holes in the support cage are matched to the requirements votes. The low strength of the sintered material,

der bei etwa 10 bis 15 kp/mm liegt, wird dadurch begegnet, indem ein Stützkäfig vorgesehen wird, der der auftretenden Belastung standhält. Zur Versteifung der Sintermetallbuchse werden Längsrippen vorgesehen, wodurch die Durchlässigkeit nicht wesentlich herabgesetzt wird.which is around 10 to 15 kp / mm, is countered by providing a support cage to withstand the load that occurs withstands. To stiffen the sintered metal bushing, longitudinal ribs are provided, so that the permeability is not essential is reduced.

609-809/0216609-809 / 0216

Claims

Control valve with a throttle body in the passage cross section of the medium, characterized in that the throttle body (2,5,11) made of spherical, at least 17% Chromium containing chromium steel particles is sintered.

2. Control valve according to claim 1, characterized in that the throttle body (2.11) has the shape of a Has socket and is arranged in the adjustable passage cross section of the valve.

3. Control valve according to claim 2, characterized in that that a support cage (4,9) is arranged behind the sintered metal bushing (2,11) in the direction of flow of the medium.

4. Control valve according to claim 3, characterized in that the support cage (4,9) with bores (21,

23), their number, size and position together with the effective surface and wall thickness of the sintered metal bushing (2,11) determine the valve characteristics.

5. Control valve according to claim 2, characterized in that that the sintered metal bushing (2,11) ribs (22,

24) for stiffening.

6. Control valve according to claims 2 to 5, characterized in that the sintered metal bushing (2.11) is clamped in the axial direction between the support cage (4,9) and the valve housing (10) or a seat ring (14).

■ 6 09609/0

7. Control valve according to claim 6, characterized in that that the support cage (4) and a displaceable control piston (3) interacting seat edges (17,18) exhibit.

8. Control valve according to claim 6, characterized in that the seat ring (14), the S.tützkäfig (9) and a displaceable control piston (12) have cooperating seat edges.

9. Control valve according to claim 6, characterized in that that the support cage (4) with the interposition of elastic spiral seals (1,7) between the valve housing (10) and the upper valve part (8) is clamped.

10. Control valve according to claim 6, characterized in that that the seat ring (14) rests against the valve housing (10) via an elastic spiral seal (13).

11. Control valve according to claim 1, characterized by a disc-shaped throttle body (28), which as Fixed throttle is connected downstream of the valve.

12. Control valve according to claim 11, characterized by a length / nominal width ratio for the throttle body of at most 0.5.

13. Control valve according to claim 11, characterized in that that at least one perforated disk (29) rests against the disk-shaped throttle body (28).

14. Control valve according to claim 13, characterized in that that the perforated disc (29) is arranged behind the throttle body (28) in the direction of flow of the medium.

609809/0216

15. Control valve according to claims 11 and 14, characterized characterized in that the perforated disc (29) is fastened in a ring (25), the inner diameter of which is the The nominal width of the outlet pipe (31) corresponds and that an eyebolt (26) screwed into the ring below Interposition of a further perforated disk (27) the disk-shaped throttle body (28) against the first-mentioned perforated disk (29) presses.

0 9/0218