DE2446878A1

DE2446878A1 - Ventil

Info

Publication number: DE2446878A1
Application number: DE19742446878
Authority: DE
Inventors: Eldert B Pool; Raymond L Schweitzer
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1974-10-01
Publication date: 1975-04-10
Also published as: SE7412293L; JPS5060829A; SE408459B; GB1464728A; IT1019327B; CH580771A5; JPS594580B2; NL7411947A; FR2246785B1; NL174864B; CA1008055A; SU576061A3; ES430557A1; NL174864C; BE819977A; FR2246785A1

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz

Dr. Gertrud Hauser · *'^mm ^Ms«^ef!ee» ⁶⁰« 1· Oktober 1974

Dipl.-Ing. Gottfried Leiser

Patentanwälte 2446878

Telegramm« ι Labyrinth Μΰηώαή

T«Ufoiu 831510

Tat«: 5212226 pthl d

Poibdwckkonto: MundMn 1170 78-800

Bank: Dcvtidi· Bank, München 66/05000

ROCKWEIL INTEMTATIOITAL GOUPOMfIOI

600 Graut Street

Pittsburgh, Pernisylvania 15219

Unser Zeichen: R

Ventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil und insbesondereauf einen neuen Ströraungskanal zwischen der .Sitzöffnung des Ventils und der Äuslaßöffnung des Ventils» welches ein axial bewegliches Verschlußglied aufweist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Strömungskanal in einem Ventilgehäuse, wobei ein axial bewegliches Verschlußglied vorgesehen ist, wobei ein geringer Druckabfall des Strömungsmittels am Ventil erzeugt wird, wenn das Verschlußglied um eine begrenzte Hubstrecke in seine volle öffnungsstellung bewegt wird.

Obwohl bestimmte Merkmale der Erfindung in gleicher Weise bei üblichen Ventilen verwendet werden können_s die axial bewegliche Verschlußelemente aufweisen_a ist die Erfindung insbesondere für Ventile geeignet, die ein Dichtungselement wie beispielsweise eine Metallmembran oder eine Balgendichtung zwischen dem Ventilströmungskanal und dem Betätigungsmechanismus aufweisen, um eine Leckströmung nach außen, durch und um die Betätigungseinrichtung herum zu verhindern. Derartige Ventile werden sehr häufig als Isolations- oder

Absperrventile für toxische fluide Medien oder in anderer Weise gefährliche fluide Medien verwendet und für tariertes Masser enthaltende Sicherheitssysteme für nukleare Energieeraeugungsanlagen» Diese Ventile tverden normalerweise in der geschlossenen Stellung dazu verwendet_s unter Drück stehendes fluides Medium von einem Strömungssystem abzusperren und in der öffnungsstellung das unte? Druck stehende fluide Medium dem Strömungssystem susufßtireno Es ist erwünscht_s daß in der offenen Stellung der Druckabfall am Ventil minimal ist, um sicherzustellena daß das fluide Medium dem Strömungssystem unter einem ausreiehenden Druck angeführt wird_ß um den Bedarf des SsfsteEs zu befriedigen ο

Der Druckabfall &n einem Ventil ist ein© Funktion der Strödls usrsgr Berücksichtigung der Geometrie des St rö·= © ₉ ά@ι? lsi Ventilgehäuse vorgesehen ist_ö .wobei dieser bis sm ©1ώ©μ gtsuissen Msnmß durch die Masse des Ge-Muses beginnst ist_s öl© ©^fo^darlieh ist_a um ösk Dreek aufanEi@hm©n tsM f@s^Dii@F durch öl© loo^öntms ^^?qe Betätigungsein-5?i@litwRgen uM ©ines V©x°sehliißgli@ä@s_D u©lches_s auch wenn es in die voll g@offn.et© Stellung bewegt worden ist_s noraalerweige eiß@ gswisse Strdmungsbegrensung im Querschnittsbereich Sarstellts ieE³ für öl© StrSmung durch das Ventil zur Verfüiung steht. V©psuehs₈ ä@n Druckabfall ©a Ventil herabzusetzen laafassen üblicherweise ein© oder beide won zwei Methoden_s Eiämlich ämi Strömungsquer schnitt so zu öffnen _B daß die innere Begrenzung kein® Strömung mit einer Geschwindigkeit erzeugt_s die hoch genug ist« um ©ine üb ©mäßig© ßröße dss Druckes in Form von Wärmeenergie abzugeben_s oder ia Fall von symmetrischen Ventilen^? di© eln©n geraden Durchlaß im Yersehlußgiied aiifwei@en_s' einen übsrgangsbereich mit allmählich zunehmendem Querschnitt in dei⁰ Äuslsßöffnung das Vsratiles auszubilden. Hierzu wird als Beispisl auf die US=PS 5 6^53 914 hingewiesen. Die erste MaBnahme wurde bei der gestaltung von Absperrventilen verwendets die Scheibemrersehlußglieder oder Kugelodsr GloekenverschluBglieder haben_g di© i?on ©inem ¥entilsitz

axial fort und zu diesem hin bewegt werden können. Die axiale Hub strecke, um die das Verschlußglied vom Sitz fortbewegt wird, um das Ventil zu öffnen, wurde üblicherweise so bestimmt, daß eine ringförmige öffnungen von ausreichendem Querschnitt gebildet wurde, um ein Strömungsvolumen zu erzielen, welches nicht eine unerwünschte Größe des Druckes in der Form von Wärmeenergie abgibt, übliche. Absperrventile, bei denen axial bewegliche Scheiben-oder Kugel- oder Glockenvers chlußglieder verwendet werden, sind so ausgelegt, daß sich das Verschlußglied- um eine Strecke in der Größenordnung von etwa ein Viertel bis zu etwa drei Viertel des Durchmessers der Sitzöffnung. bewegt_s um eine ringförmige öffnung mit erheblichem Querschnitt um den Umfang des Verschlußgliedes herum auszubilden.

Bedauerlicherweise is't das gleiche Ausmaß einer axialen Bewegung des Verschlußgliedes relativ zum Sitzöffnungsdurchmesser in wirtschaftlicher Weise bei Ventilen nicht möglich, die durch eine Metallmembran oder durch Balgen abgedichtet sind und die ähnliche Betriebsweisen aufweisen. Die maximale Hubstrecke, um die ein Verschlußelement in einem mit einer Metallmembran abgedichteten Ventil bewegt werden kann ist durch das axiale Ausmaß der Verformung oder Ausbiegung der Metallmembran begrenzt. Das Ausmaß der axialen Bewegung bei einer Metallmembran hängt von den Abmessungen und den physikalischen Eigenschaften dieser Membran ab, liegt jedoch nomalerweise in der Größenordnung von etwa 1/8 des Durchmessers der Sitzöffnung oder ist geringer als etwa die Hälfte der axialen Bewegung, die vorzugsweise in einem üblichen Absperrventil gleicher·Größe durchgeführt wird. Durch die Verwendung einer Metallmembranabdichtung ergibt sich eine erhebliche Einschränkung für die Strecke, um die das Verschlußglied vom Ventilsitz in die vollständig geöffnete Stellung bewegt werden kann und normalerweise wird deshalb der Druckabfall am Ventil erhöht, und zwar durch die Einschränkung des Strömungsvolumens zwischen dem Verschlußglied und dem Ventilsitz. Ein ähnliches Problem ist im Fall eines

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mittels Balgen abgedichteten Ventiles vorhanden, bei dem der maximale Bewegungshub des Verschlußgliedes auf diejenige Strecke begrenzt ist, die durch die axiale Bewegung einer Balgendichtung von passender Länge erlaubt wird.

Das Problem des Druckabfalls in der Strömung durch ein Ventil mit Metallmembran oder mit Metallbalgenabdichtung ist wesentlich kritischer als das Problems das bei üblichen Absperrventilen auftritts die die gleichen Betriebseharakteristiken haben und zwar wegen des begrenzten Hubes, den das Verschlußglied wegen einer dieser Abdichtungen durchführen kann. Diese und andere Ventile, die ein axial bewegliches Verschlußglied haben, welches um eine maximale axiale Strecke von etwa 1/8 des Durchmessers der Sitsöffnung oder weniger bewegt wird, sollen im folgenden als "kleinhubige⁹' Ventile bezeichnet werden₀

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen ist es ein Hauptziel der Erfindung ein Ventil zu schaffen, welches ein axial bewegliches Ventilglied aufweist und mit dem eine verbesserte Druckrüekgewinnung in dem fluiden Medium erreicht werden kann, welches durch das Ventil hindurchgeht, und zwar durch einen neuartigen Strömungskanal zwischen der Sitzöffnung und der Auslaßöffnung des Ventiles.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es_s einen Strömungskanal in einem Absperrventil su schaffen, welches ein kleinhubiges, axial bewegliches Verschlußglied aufweist und welches den Druckabfall in dem-Strömungsmittel vermindert, das durch das Ventil in der voll geöffneten Stellung hindurchgeht.

Erfindungsgemäß wird ein ringförmiger Diffusorströmungskanal mit fortschreitend zunehmender Querschnittsfläche zwischen gegenüberliegend angeordneten Oberflächen am Verschlußglied und am Ventilgehäuse um die Sitzöffnung in einem Absperrventil geschaffen, welches ein axial bewegliches Verschluß-

glied aufweist. Der ringförmige Diffusorkanal dient dazu_s zn verhindern, daß die mit hoher Geschwindigkeit strömende Flüssigkeit, die durch die ringförmige öffnung zwischen dem Verschlußglied und der Sitaöffnung hindurchgeht _D zn schnell expandiert und die die Strömung erzeugende Druckkraft umwandelt. ^B©i einer Ausführung^ form ist der ringförmige Di ffusorströmungskanal zwischen einem- Paar TOn gegenüberliegenden kegelstumpfföraigen-Oberflächen ausgebildet„ die am Verschlußglied unü am Ventilgehäuse vorgesehen sindo Die ©inander gegenüberliegend angeordneten Oberflächen können parallel oder unter einem kleinen Divergenzwinkel angeordnet sein_s um weiterhin di© Wirkungsweise des ringförmigen Diffusorkanais zu verbessern« -D@f Diffwsorlcanal ist vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet₀ dal· ein T©il der Strömung * direkt in die Auslaßöffnung abgegeben ΐ,τχΜ und b©i ©inen Aus·=

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Di© M^SinäunQ im£&B>t ΐ®^η@^ &Ί® &w^@mM§ß eiaos formten foFsps^Esgos ©ά@ι? ®imow Imwrmz Q,Q£@ma,teQn Has© aa schliiBgli©d_s w©ö©i ©iia g'ingfös'iiiges³ Sts'feMSsisIsassal tis äga Umfang und üöei= öl© teiat©^® öb@i?£lö@SiQ οθθ ¥©i^aS(glajliailgliQiSQ0 vorg©8elJ@a isiä wmü ?j©b©i fes³»©!³ QiiSG eseteigQ. QfeQ^ilSsSa© oa der Schnittetell© des³ f©nt±lBtrMQTlzmim@^ vmü ü®i? ÄmgiaJlBi?fnung vorgesehen issto 111© ii©@@ KeMiaal© trageia Qb©nfslis Bm einer größeren VeKdHgerang ö@s DrueEs^erlias^es an Ventil b®&₉ wenn sie zusarasiea nit ä®m risigf^F®£g©s kanal vorgesehen

Die Erfindung betrifft ©omife eiia@i& Ventil _s d®i? ©in© ö©ss©2"© QwvL©tsM<&l

bei dieses Ventil ©In aaisl.b@we§li©Sa©s Ψ·

weist und wobei ein risagföraiges⁰ sehen der. Sit soff nung und üem

vorgesehen ist_s «si den Ströiaungid^eimbfäll am ¥©ntil zu verringern, wenn iss VerschluS§li@d wm ©in© begrenzt® Wmh- strecke in die voll g©öffii@fe@ Sfe©iliaß@^ §©teiieht ie%* Der risigförmigf

Diffusorsteömungskanal ist awl sehen einem Paar gegenüberliegend angeordneten keg@lstumpf£örsaigen Oberflächen vorgesehen _s die ihrerseits am Ventilgehäuse und am Versehlußglied vorge- -s@h@K -sincL Das Yersehlußglied kann ebenfalls mit einem kon» ψ®2ζ gefoKat©o Vorsprung od@r einer konf@x geformten Hase qü®t einem korw©2s geformten Ansatz versehen sein und der \!®nfciXstTÖWiVmg,sk@.n&,l ist so g@£©rat₀ öaB weiterhin der Druckabfall im Ventil vermindert mM«

Di© im ^GZ'Bfc®h®nä@n b©sehs?iebenen Zisl© vmä Merkmale der ErfiEidimg seilen untes⁵ B©gu@pahm© auf di@ Figuren der Zeichnung in &&$> foigsaeteE !©seh^aiöiang ©rläutart WQZ^ja®n_D Es seigern

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15 wspI&uMqe slM₀ w©l@Si© QEa MntGi⁰©^ Euüq einer· t% SMSgQbIl(SlG¹O isfeo DIq ©Qhäus®lzis,w&®T? IH₀ die

werden durch mehrere aufeinander folgende Bohrbearbeitungen erzeugt. Die Verlängerung 16 bildet eine ringförmige Sitzöffnung an der Schnittstelle der Einlaßöffnung 11 mit der Steuerkammer 15. Ein eingelegter, gehärteter Ventilsitz 18 weist vorzugsweise eine kegelstumpfförmige Oberfläche auf und ist um den Umfang der Sitzöffnung 16 herum vorgesehen. Eine nach außen divergierende kegelstumpfförmige Gehäuseoberfläche 19 mit beträchtlicher Abschrägungshöhe ist im Anschluß an den Ventilsitz 18 vorgesehen und umgibt diesen.

Ein scheibenförmiges Verschlußglied 20_s welches einen integralen Scheibenschaft 21 aufweist, ist für eine axiale Bewegung zum Ventilsitz 18 hin und von diesem fort in der Steuerkammer 15 montiert. Die Oberfläche der Scheibe 20, die zum Ventilsitz 18 hinweist, weist eine ringförmige Sitzoberfläche 22 auf und eine nach außen divergierende kegelstumpfförmige Oberfläche 24 _s die gegenüber der kegelst umpfförmigen Oberfläche 19 des Gehäuses angeordnet ist. Die ringförmige Sitzfläche 22 besteht vorzugsweise aus einem gehärteten Metall, welches in die Scheibenoberfläche eingelegt ist und. ist dazu bestimmt, in Dichtungsanlage mit dem Ventilsitz 18 zu gelangen, wenn die Scheibe in die geschlossene Stellung bewegt wurde, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Scheibenschaft 21 wird gleitbar in einer öffnung 25 einer Steuerhülse 26 aufgenommen. Innerhalb dieser Steuerhülse 26 weist der Scheibenschaft 21 einen Bund 2? auf, der aufgepreßt oder aufgeschmiedet ist. Die Enden einer Feder 28 liegen gegen den Bund 27 und die innere Oberfläche der Steuerhülse 26 um die öffnung 25 an und diese Feder erzeugt eine Vorspannungskraft, um die Scheibe in eine Stellung zu bringen, in der sie sich im Abstand vom Ventilsitz 18 befindet, wodurch das Ventil geöffnet wird und eine Strömung in einer Richtung ermöglicht wird, die in Fig. 1 durch die Pfeile veranschaulicht ist.

Das obere Ende der Gehäusekammer I¹* weist ein Innengewinde 29 auf, welches einen Deckel 30 aufnimmt, in dem ein Ventilbetätigungsschaft 31 angeordnet ist und an dem ein Be-

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tätigungsmechanismus montiert ist, wie beispielsweise eine Bügelbaugruppe 32 und ein Handrad 34, die so ausgebildet sind, daß dem VentiIbetätigungsschaft 31 eine axiale Bewegung erteilt werden kann. Eine kreisförmige Metallmembran 36 ist zwischen einem nach unten sich erstreckenden Umfangsflansch 38 des Deckels und einem Ring 39 eingespannt, der auf der Oberfläche des Flansches 23 der Steuerhülse 26 sitzt, um ein Durchlecken durch den Deckel hindurch auszuschalten. Eine Dichtungspackung 35 ist zwischen dem Betätigungsschaft 31 und der Bohrung im Deckel vorgesehen, um ein Durchlecken um den Schaft 3I herum zu verhindern, falls die Membran ausfallen sollte. Nachdem der Deckel 30 fest in die Gehäusekammer 14 eingeschraubt ist, wobei der Plansch 33 gegen die Gehäuseschulter 17 anliegt, erfolgt eine Umfangsverschweißung MO zwischen dem Deckel 30 und einer Lippe 41, die um die Gehäusekammeröffnung 14 herum vorgesehen ist, um gegen eine Leckage abzudichten. Der Ventilbetätigungsschaft weist an seinem unteren Ende einen integralen Bundabschnitt 44 auf, der gleitbar in einer inneren öffnung 45 eines kappenförmigen Membrankolben 46 sitzt, welcher innerhalb des Deckels 30 angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft insbesondere den Strömungskanal von der Sitzöffnung 16 zur Auslaßöffnung 12, der vorhanden ist, wenn die Scheibe 20 in die vollständig geöffnete Stellung gebracht ist, wie es im Detail in Fig. 3 gezeigt ist. Die gegenüberliegend angeordneten kegelstumpfförmigen Oberflächen 19 und 24, die am Gehäuse 10 und an der Scheibe 20 vorgesehen sind, bilden einen ringförmigen Diffusorströmungskanal mit allmählich zunehmender Querschnittsfläche um die ringförmige öffnung herum, die zwischen dem Ventilsitz 18 und der ringförmigen Sitzoberfläche 22 der Scheibe 20 vorgesehen ist. Der ringförmige Diffusorkanal, der durch die kegelstumpfförmigen Oberflächen 19 und 24 begrenzt wird, ermöglich es, daß das Strömungsmittel allmählich expandiert ohne daß eine unzulässige Energiemenge verlorengeht. Das Strömungsmittel wird aus dem ringförmigen Diffusorströmungs-

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bereich in einen Bereich mit verhältnismäßig größerem Volumen abgegeben» der um den Umfang der Scheibe 20 vorhanden ist. Die Geschwindigkeit der Strömung ist jedoch am Ende des Diffusorströmungskanals in einem derartigen Ausmaß herabgesetzt» daß lediglich ein minimaler Druckverlust auftritt. Die gradual zunehmende Querschnittsfläche des ringförmigen Diffusorströmungskanals ist eine Funktion des zunehmenden Durchmessers der ringförmigen Strömungskanals und kann weiterhin dadurch verbessert werden-, daß eine allmähliche oder graduelle Divergenz zwischen den Oberflächen vorgesehen wird, welche den ringförmigen Strömungskanal-umgebenο

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Äusführungsbeispiel bildet die nach außen divergierende kegelstumpffömige Oberfläche 19 einen legelstumpf₈ &®r einen eingeschlossenen Winkel von 100° aufweist und die Oberfläeli© Zk der» Seheibe bildet einen .Kegelstumpf_s der einen eingeschlossenen Winkel von 90° aufweist.. Di@-Oberflächen 19 wnö 2*5 sina deshalb unter Winkel von 50° νχιά k§° gegenüber d©r !©fase d©r" 15 angeordnets wi© es Fig. 3 zeigt_o Es ist deshalb sine Diver= genz von 5° längs der Strömungsweglänge des r-ingföraigen Mffusorkanals vorhanden₀

Der Diffusoreffekt wird durch die Strömungsllnge des ringför migen Diffusorkanais verbessert und es ist bevorzugt, die gegenüberliegend angeordneten kegelstumpfförmigen Oberflächen 19 und 2k mit einer Neigungsläng© ^ros⁶⁸ zu versehen,, die so groß als möglich innerhalb äer Grenzen anöerer Yentil= gestaltungsparameter ist« 'Eine MeigtragsMh© von etwa ά®τ· Hälfte des Durchmessers d@r Sit^öffnöBg wird als zufrieden"' stellend für Ventile ,betrachtet_Q di© ©is^sijlitsöffnrags·=·, durchmesser von 2_S5 cm oder 3 ca (1 oder 2 inches) hab@n.

Es ist ebenfalls erwünscht _s den ringförmigen Diffusorströmungskanal derart zu orientieren»- daß eine Strömung durch diesen direkt in die Auslaßöffnung des Ventils durch eine öffnung hindurch abgegeben wird, die einen maximalen

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StrömungSQuerschnitt hat_s welcher mit den anderen Ventilgestaltungsparametern in Übereinstimmung gebracht werden kann» Strömungeuntersuchungen mit ¥erschiedenen Arten von V©ritilströmungskanälen hab.en geseigt_s daß der geringste Druckabfall erreicht werden kann_s wenn üer stromab gelegene Sektor des ringförmigen Diffusorströmungskanals nahezu parallel ζην Achse der Einlaß- und Auslaßöffnungen angeordnet ist, um das Strömungsmittel in die Äuslaßöffnung über eine maximal mögliche'Breite abgeben.zu können,. Bei dem Beispiel ist der stromab gelegene Sektor des ringförmigen Diffusorströmungskanal derjenige Teil_s der rechts von der Scheibe 20 in den-Schnittansichten dargestellt ist und dieser Sektor ist in den Fig* 3 und H mit 48 bezeichnete

Die bevorzugte -Ausbildung unä, Anordnung fies ringförmigen Diffusorströmuogskanals r©lativ eu ä®n linl&ß- uni toslaßöffnungen des Ventiles wird dadurch erreicht₀ daß die Einlaßöffnung 11 und die ÄusiaBöffnung 12 gegenüber einer gemeinsamen Längsachse & zentriert sind_a wobei die lehse ^wb" der Steuerkairai©!? 15 untes= @iin©iiB b@triehtlieh.en Neigungswinkel (etwa 50°) geggßiiaer des³ lehi© ^m®^CB angeordnet wird ₉ wodurch die Äehse ^S3©^S3 sich dureh öen stromab liegende η Sektor des ringförmigen Diffusorstrdmungskanals erstreckt_s wenn die Schelfe© 20 in ihr© vollständig geöffnete Stellung bewegt wireis wie es in Fige 5 gezeigt ist® -Durch diese Ausbildung wird eine gewölbte Blicklinienöffnung HQ zwischen den kegeistumpfförmigen Oberflächen 19 und 2k zwischen der Einlaßöffnung und der AuslaßSffnung geschaffen₈ wie es die Fig. 3 und H seigen« Diese gewölbt© oder gebogene Blick-linienöffnung HB erzeugt einen geradli-nigeß Strömungskanal mit maximaler QuerscSinifcfesflache unö er«Sglieht ferner, daß das Strömiingsmittel üirelzt mm äer linlaSSffnung zur luslaßöffnung mit minimal©!⁸ Turbulent strSnen kann =

Strömungsuntersuchungen haben gezeigt, daß der Druckabfall dadurch noch vermindert werden kann_$ daß die Scheibe 20

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mit einem konvex geformten Ansatz oder mit einer konvex geformten Nase versehen wird, welche eine Neigung hat, die geringer ist als die der kegelstumpfförmigen Scheibenoberfläche 24, um das Strömungsmittel durch die Sitzöffnung 16 zur ringförmigen öffnung zu leiten, die zwischen der Sitzoberfläche 22 und dem Ventilsitz 18 vorgesehen ist. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, daß die Scheibe 20 mit einem Vorsprung in Form eines konischen Ansatzes 49 versehen wird, der einen eingeschlossenen Winkel von l40° aufweist, der wesentlich größer ist als der eingeschlossene Winkel (90°) der Oberfläche 24, wobei diese Oberfläche deshalb eine beträchtlich geringere Neigung aufweist. Dieser Schei.benvorsprung, dessen Umfang von dem ringförmigen Sitz 22 begrenzt wird, kann auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise eine sphärische Form.

Strömungsversuche, die mit anderen Abänderungen des 'Strömungskanals durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß es ebenfalls wünschenswert ist, einen ringförmigen Spielraum um den Umfang der Scheibe am Austrittsende des ringförmigen Diffusorströmungskanal und über der Schaftseite der Scheibe vorzusehen, damit Strömungsmittel aufgenommen werden kann, welches durch den ringförmigen Diffusdrkanal strömt, wodurch dann die Flüssigkeit zur Auslaßöffnung gebracht werden kann. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, daß die Steuerkammer 15 einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Scheibe 20 und daß die Unterseite der Steuerhülse 26 in einem ausreichenden Abstand von der Schaftseite des Scheibe 20 angeordnet wird, um einen ringförmigen Spielraum um den Umfang und oberhalb der Schaftseite der Scheibe 20 zu schaffen, wodurch das Strömungsmittel aufgenommen und zur Auslaßöffnung 12 gebracht werden kann.

Strömungsuntersuchungen haben ferner gezeigt, daß eine scharfe Kante an der öffnung, die durch die sich schneidenden öffnungen der Auslaßöffnung 12 und der Steuerkammer

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gebildet wird, ganz erheblich den Druckabfall des Strömungsmittels erhöhen kann, das durch das Ventil hindurchströmt. Es ist deshalb ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Strömungskanals,eine reichliche Abschrägung oder Abrundung an der öffnung vorzusehen, die durch den' Schnitt der Auslaßöffnung 12 mit der Kammer 15 gebildet wird, um die Ausbildung einer vena contracta in der Auslaßöffnung zu verhindern. Es wurde gefunden, daß ein Radius von 0,^5 cm bis zu 0,75 cm (3/16 inch bis 5/16 inch), wie er bei 50 in Fig.3 dargestellt ist, für ein Ventil zufriedenstellend ist, welches eine Sitzöffnung mit einem Durchmesser von etwa 5 cm (2 inch) hat.

Die im Vorstehenden aufgeführten Merkmale führen zu einer erheblichen Herabsetzung des Druckabfalls in dem Strömungsmittel, welches durch einen Ventilkanal hindurchströmt, der eine oder mehrere dieser Merkmale aufweist und es wurden überraschend gute Ergebnisse erzielt, wenn alle diese Merkmale in einem Ventilströmungskanal vorgesehen sind, wobei die Sitzöffnung durch einen begrenzten axialen Hub eines Verschlußgliedes geöffnet wird. Ein Metallmembranventil, welches einen Sitzöffnungsdurchmesser von etwa 5 cm (2 inch) hat und eine axial bewegliche Scheibe, deren Hub auf eine maximale Bewegung von etwa 0,6 cm (1/4 inch) beschränkt ist und einen Strömungskanal gemäß der Erfindung,erzeugt einen Druckabfall, der mit einem normalen Absperrventil mit einer 2 cm-Sitζöffnung verglichen werden kann, wobei diesen Ventil ein axial bewegliches Verschlußglied aufweist, welches einen beträchtlich größeren Hub durchführt.

Die Messung der Geschwindigkeit durch ein Ventil bei einer gegebenen Temperatur mit einer Druckdifferenz von 0,07 kg/cm² (1 p.s.i.) am Ventil ist ein annehmbares Verfahren, um einen quantitativen Wert aufzustellen beispielsweise (j_en Wert C für den Druckabfall oder die pruckrückgewinnung des Strömungsmittels, das durch ein Ventil strömt. Bei diesem Verfahren ist eine größere Strömungsgeschwindigkeit des Strö-

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mungsmittels oder ein größerer Wert C eine Anzeige für einen geringeren Druckabfall. Strömungsuntersuchungen an einem Ventil mit einer Metallmembranabdichtung und einer öffnung von etwa 5 cm Durchmesser gemäß der Erfindung mit einem Scheibenhub von lediglich etwa 0,g cm (1/4 inch) geben einen Wert C_v von 59* der vergleichbar ist mit einem Wert C von 60 bei einem üblichen 5 cm-{2 Zoll)-Absperrventil, welches einen Scheibenhub von etwa 3,3 cm ( 1 3/8 inch) hat.

Die Betriebsweise des Ventils soll nunmehr unter Bezugnahme auf di© Figo 1 und 2 beschrieben werden < > In Figo 1 · ist das Ventil -in seiner öffnungsstellung dargestellt ₉ in der die Scheibe 20 im.Abstand vom Ventilsita 18 angeordnet ist» In dieser Stellung drückt "die Feder 28 den Bund 27 und den Scheibenschaft 21 nach oben in Anlage gegen die Unterseite der Metallmembran 3β_β Die ander© Seite der· Membran 36 liegt gegen den Membrankolben.46 an₈ der gegen den Deckel 30 anliegt_r um eine weitere .Äufwärtsbewegung der Membran 3β und des Scheibenschaftes. 21 zu ^erhindera« ■

Um das Ventil zu schließen,, wird ctas Handrad 34 gedreht₉ um eine axiale Bewegung des Ventilsenaftes 31 und des Bundes 44 hervorzurufen«. B@i äem in der Zeichnung dargestellten Ventil erzeugt dies eine ÄbtJärtsbewegung, wodurch die Metallmembran 36 ver.fornt ■ wird und &®r Scheibenschaft 21 und die Seheibe 20 bewegt t7@rd©a₉ um das Ventil abzusperren₉ wie es Figo 2 geigt_o lira d©F SeMießstellung liegt die ringförmig© Diehtungsob©Ffllelie 22 ier Verschlußscheibe abdichtend gegen den Ventilsitz I8_san im eine Strömung durch das Ventil zu verhindern« Wenn es gewünscht, "ist, das Ventil zu öffnen, so wird das Handrad 34 In d©s? -entgegengesetzten Richtung gedreht_s um den Ventilschaft 31 und den Bund 44 in die in Fig. 1 dargestellteEage anzuheben. Die Scheibe 20 wird in die Öffnungsstellung durch die Vorspannungskraft der Feder 28 und die Druckkraft an der Einlaßöffnung li bewegt.

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Es können Abänderungen vorgenommen werden, die im Rahmen der Erfindung liegen.

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Claims

Patentansprüche

1. Ventil mit einer verbesserten Druckrückgewinnung in dem Strömungsmittel, welches durch dieses Ventil hindurchströmt, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse, welches eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung .aufweist, die. eine Steuerkammer schneiden, einen ringförmigen Ventilsitz, der eine kreisförmige Sitzöffnung an der Schnittstelle der Einlaßöffnung und der Kammer umgibt, ein Verschlußglied, welches konzentrisch zum Ventilsitz ange- . ordnet ist und in der Kammer derart montiert ist," daß es eine axiale Bewegung zum Ventilsitz hin und von diesem fort durchführen kann, Einrichtungen, mit denen das Verschlußglied in einer Richtung bewegt wird, wodurch ein ringförmiger Teil des Verschlußgliedes in Anlage mit dem Ventilsitz gelangt und um das Verschlußglied in einer entgegengesetzten Richtung in eine Stellung zu bewegen, in der es sich im Abstand vom Ventilsitz befindet und Einrichtungen, die einen ringförmigen Diffusorströmungskanal von der Sitzöffnung zum Umfang des Verschlußgliedes hin bilden, wenn das Verschlußglied in die Stellung gebracht ist, in der es sich im Abstand vom Ventilsitz befindet, um den Druckabfall am Ventil zu vermindern.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die diesen ringförmigen Diffusorströmungskanal bilden, eine ringförmige Oberfläche aufweisen, die am Ventilgehäuse neben dem Ventilsitz angeordnet ist und eine gegenüberliegende ringförmige Oberfläche am.Ventilglied.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Diffusorströmungskanal zwischen einem Paar von gegenüberliegend angeordneten kegelstumpfförmigen Oberflächen ausgebildet ist, die sich am Ventilgehäuse

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und an dem Verschlußglied befinden.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel der kegelstumpfförmigen Oberfläche am Verschlußglied kleiner ist als der eingeschlossene Winkel der kegelstumpfförmigen Oberfläche am Ventilgehäuse, um einen allmählich divergierenden Ringkanal zwischen diesen zu bilden, wodurch die Wirkungsweise des Diffusorströmungskanals verbessert wird.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet', daß die maximale Bewegung des Verschlußgliedes in der entgegengesetzten Richtung kleiner ist als etwa ein Achtel des Durchmessers der Sitzöffnung, wobei die Länge des ringförmigen Diffusorströmungskanales etwa die Hälfte des Durchmessers der Sitzöffnung beträgt.

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied für eine axiale Bewegung in einer zylindrischen Steuerkammer montiert ist, die unter einem Winkel zur Achse der Auslaßöffnung angeordnet ist, wobei der ringförmige Diffusorströmungskanal eine Blickrichtungsöffnung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung bildet, wenn sich das Verschlußglied im Abstand vom Sitz befindet.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blick- oder Sichtlinienöffnung die Achse der Auslaßöffnung enthält.

8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiußglied eine ringförmige Sitzoberfläche aufweist, die in Anlage gegen den Ventilsitz gelangen kann, und daß die Einrichtungen, die den ringförmigen Diffusorströmungskanal bilden, eine kegeistumpfförmige Oberfläche

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aufweisen, die an dem Verschlußglied vorgesehen ist und konzentrisch die Sitzoberfläche umgibt.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied einen konvex geformten Ansatz aufweist, der von der ringförmigen Sitzoberfläche umgeben ist, und der eine Neigung hat, die geringer ist als die der kegelstumpf förmigen Oberfläche.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung ein konischer Abschnitt ist, der einen eingeschlossenen Winkel hat, der geringer ist als der eingeschlossene Winkel der kegelstumpfförmigen Oberfläche.

11. Kleinhubiges Ventil mit verbesserter Druckrückgewinnung des Strömungsmittels, welches durch das Ventil hindurchströmt, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse, welches einen Ventilsitz neben der Schnittstelle der Einlaßöffnung und der Steuerkammer hat, wobei eine kegelstumpfförmige Gehäuseoberfläche vorgesehen ist, die vom Sitz aus nach außen divergiert, eine Verschlußscheibe, die axial beweglich in der Steuerkammer montiert ist und welche eine nach außen divergierende kegelstumpfförmige Oberfläche aufweist, die gegenüber der kegelstumpfförmigen Oberfläche am Gehäuse und konzentrisch zu dieser angeordnet ist, Einrichtungen, mit denen das Verschlußglied in einer Richtung bewegt werden kann, um es gegen den Sitz anzulegen und in einer entgegengesetzten Richtung, um es in eine Lage im Abstand vom Ventilsitz zu bringen, wobei die einander gegenüberliegend angeordneten kegelstumpfförmigen Oberflächen einen ringförmigen Diffusorkanal für das Strömungsmittel bilden, welches zwischen dem Ventilsitz und dem Verschlußglied strömt.

12. Kleinhubiges Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel der kegel-

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stumpfförmigen Oberfläche am Verschlußglied kleiner ist als der eingeschlossene Winkel der kegelstumpfförmigen Oberfläche am Gehäuse,um einen allmählich divergierenden . Ringkanal zwischen diesen Teilen zu bilden, wodurch der Effekt des ringförmigen Diffusorkanais verbessert wird.

13· Kleinhubiges Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen divergierende kegelstumpfförmige Oberfläche des Verschlußgliedes konzentrisch eine ringförmige Sitzoberfläche umgibt, die sich gegen den Ventilsitz anlegen kann, wenn das Verschlußglied in der einen Richtung bewegt wird.

Ik, Kleinhubiges Ventil nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied ferner einen konvex geformten Vorsprung aufweist, der von der ringförmigen Sitzoberfläche umgeben ist und der eine Neigung hat, die geringer ist als die der kegelstumpfförmigen Oberfläche.

15· Kleinhubiges Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung ein konischer Vorsprung ist, der einen eingeschlossenen Winkel hat, der kleiner ist als der eingeschlossene Winkel der kegelstumpfförmigen Oberfläche.

16. Kleinhubiges Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung auf einer gemeinsamen Achse zentriert liegen, daß die Steuerkammer mit ihrer Achse unter einem erheblichen Neigungswinkel gegenüber dieser gemeinsamen Achse angeordnet ist, daß der ringförmige Diffusorkanal eine Sichtlinienöffnung längs dieser gemeinsamen Achse zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung bildet, wenn sich das Verschlußglied im Abstand vom Ventilsitz befindet.

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17· Kleinhubiges Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Scheibenverschlußglied durch einen an einer Oberfläche des Scheibenverschlußgliedes, die der kegelstumpf förmigen Oberfläche gegenüberliegt, befestigten Schaft bewegt wird, daß die Steuerkammer in axialer Richtung am Austrittsende des ringförmigen Diffusorkanais ausgespart ist, um einen Ringraum um den Umfang zu bilden, welcher Flüssigkeit aufnimmt, die durch den Diffusorkanal hindurchgeht und wodurch die Flüssigkeit zum Auslaß geleitet wird.

18. Kleinhubiges Ventil nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die scharfe Kante an der Öffnung, die durch die sich schneidenden Oberflächen der Steuerkammer und der Auslaßöffnung gebildet wird, entfernt ist, um die Strömung des Strömungsmittels aus dem Ringraum zum Auslaß zu verbessern.

19. Mittels einer Metallmembran abgedichtetes Ventil, welches eine verbesserte Druckrückgewinnung aufweist, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse, welches eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung hat, die eine Steuerkammer schneidet, die unter einem beträchtlichen Neigungswinkel gegenüber der Achse der Auslaßöffnung angeordnet ist, einen Ventilsitz neben der Schnittstelle der Einlaßöffnung und der Stuerkammer und eine nach außen divergierende kegelstumpfförmige Oberfläche am Gehäuse neben dem Ventilsitz, eine Ventilscheibe, die an einem Schaft.befestigt ist, der in der Kammer montiert ist, um eine axiale Bewegung zum Sitz hin und vom Sitz fort durchzuführen, wobei diejenige Seite eine ringförmige Sitzoberfläche aufweist, die sich gegen den Ventilsitz anlegen kann und eine nach außen divergierende kegelstumpfförmige Oberfläche, die an die Sitzoberfläche anschließt und die gegenüber der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Gehäuses angeordnet ist, und Einrichtungen, die den Schaft und eine Metallmembran umfassen, welche in der Steuerkammer montiert

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sind, um die Scheibe in einer Richtung zu bewegen, damit sie sich gegen die ringförmige Sitzoberfläche des Ventilsitzes anlegen kann und in entgegengesetzter Richtung, um das Ventil zu öffnen, wobei die gegenüberliegenden kegelstumpfförmigen Oberflächen einen ringförmigen Diffusorströmungskanal für die Flüssigkeit bilden, die zwischen der Sitzoberflache und dem Ventilsitz hindurchströmt.

20. Mittels einer Metallmembran abgedichtetes Ventil nach Anspruch 19> dadurch gekennzeichnet, daß ein Sektor des ringförmigen Diffusorströmungskanals so orientiert ist, daß er eine Durchblicköffnung für die Strömung bildet, die von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung strömt, wenn die Ventilscheibe in die geöffnete Stellung bewegt ist.

21. Ventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen gegenüber einer gemeinsamen Achse zentriert ist und daß die Durchblicköffnung diese gemeinsame Achse enthält.

22. Ventil nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Diffusorströmungskanals etwa das Vierfache der axialen Bewegung .der Ventilscheibe beträgt.

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