DE2457560A1

DE2457560A1 - Hochdruckdrosselvorrichtung

Info

Publication number: DE2457560A1
Application number: DE19742457560
Authority: DE
Inventors: Richard Ernst Self
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-05
Filing date: 1974-12-05
Publication date: 1975-06-19
Also published as: CA1008338A; NL7415884A; AU7544774A; FR2253974B1; IT1026600B; FR2253974A1; ES432598A1; JPS5086722A; GB1486440A

Description

R/S ch

Richard E. Self, Los Alamitos, Californien, V. St, A.

Hochdruckdrosselvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine geräuscharm und ohne Schädigung der Anlage arbeitende Hoehdruckdrosselvorrichtung von geringem Platzbedarf.

Aus den US-PSen 3 451 4o4, 3 513 864 und 3 514 074 (= DT-ASe V650 196 und 1 922 470 sowie Patentanmeldung P 19 66 89I.8-I2) des Anmelders sind Hochdruckdrosselvorrichtungen bekannt, bei denen die Gesamtmenge des strömenden Mediums in eine Anzahl von Einzelströmen, die durch Strömungskanäle von großem Verhältnis Länge zu Durchmesser geführt werden, aufgeteilt wird, wobei die Strömungskanäle durch einen ringförmigen Zylinder, der aus einem Stapel ringförmiger Scheiben, die die Kanäle zwischen sich begrenzen, verlaufen und ein innerhalb des Zylinders verschiebbarer Kolben einen Teil oder alle Strömungskanäle schließen kann. Die einzelnen Strömungskanäle können durch nutartige Vertiefungen in mindestens einer Oberfläche jeder Scheibe des Stapels zusammen mit den Oberflächen der benachbarten Scheibe gebildet werden. Die Hauptströmungsrichtung verläuft von dem

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Raum innerhalb des Zylinders in den Raum außerhalb des Zylinders oder umgekehrt, und in den Strömungskanälen unterliegt das Medium starken Wandreibungsverlusten, so daß der Druck des Mediums gesenkt wird, ohne daß seine Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird. Die nutartigen Vertiefungen in den Scheiben können so verlaufen, daß gewundene Strömungskanäle, durch die das Medium plötzlichen Änderungen der Strömungsrichtung unterworfen wird, gebildet werden.

Aufgabe der Erfindung ist eine Hochdruckdrosselvorrichtung der in den obigen US'-PSen beschriebenen Art, bei der innerhalb der einzelnen Strömungskanäle Wirbel erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, gelöst.

In den Zeichnungen ist:

Figur 1 ein Längsschnitt durch eine Hochdruckdrosselvorrichtung gemäß der Erfindung innerhalb eines den Hauptströmungskanal begrenzenden Gehäuses;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung des die Hochdruckdrosselvorrichtung von Figur 1 bildenden Stapels von ringförmigen Metallscheiben;

Figur J5 eine Bodenansicht einer ringförmigen Scheibe des Stapels von Figur 2 längs der Linie III-III von Figur 2;

Figur 4 eine Draufsicht auf einen Teil einer ringförmigen

Scheibe des Stapels von Figur 2, die die spiraligen Strömungswege in der Deck- und Bodenfläche, die durch axiale Löcher in der Scheibe miteinander in Verbindung stehen, zeigt;

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Figur 5 eine perspektivische Darstellung eines Teiles

einer ringförmigen Scheibe, die die miteinander in Verbindung stehenden spiraligen Teile des Strömungsweges zeigt;

Figur 6 eine schematische Darstellung des Gesamtströmungsweges des Mediums durch die miteinander in Verbindung stehenden spiraligen Teile dieses Strömungsweges.

Die durch Figur Ί veranschaulichte Drosselvorrichtung 25 weist ein Gehäuse 27 mit in einem Winkel zueinander angeordneten Abschnitten JO und 31* die den Strömungskanal 29 bilden und an ihren offenen Enden Flansche 32 bzw. 33* durch die das Gehäuse mit Rohrleitungen, Tanks und dergl. verbunden werden kann, aufweisen, auf. Ein Kolben 28 ist gleitend beweglich in den Kopfteil ~$K des Gehäuse abs chnitts 31 eingepaßt. Zum stufenweisen Schließen des Strömungskanals 29 wird der Kolben 28 mittels einer durch eine Stopfbüchse 3^a im Kopfende 3^ des Gehäuses geführten Stange 28a nach unten geführt, bis die an seinem unteren Ende ausgebildete Schulter 35 an dem Ringsitz 37* der die Verbindungsstelle der Gehäuseabschnitte 30 und 31 darstellt und von einer Kammer 17 umgeben ist, anliegt.

Zur Minderung des Druckes des strömenden Mediums ohne schädigende Geschwindigkeiten und plötzlichen Druckabfall wird die Gesamtmenge des strömenden Mediums in eine große Anzahl von Einzelströmen, die durch Strömungskanäle von großem Verhältnis Länge zu Querschnitt geführt werden, aufgeteilt. Zu diesem Zweck ist in der Kammer 17 ein aus einem Stapel ringförmiger Metallscheiben 38 bestehender zylindrischer Drosselkörper/so angeordnet, daß er die durch den Kopfabschnitt vorgegebene und konzentrisch mit dem Gehäuseteil 3t verlaufende Kolbenführungsfläche quer über

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den Strömungskanal 29 In dem Gehäuseteil 30 fortsetzt.

Gemäß der Erfindung weist jede Scheibe 38 an einer Seite einen ersten Ring von über den Umfang verteilten spiraligen nutartigen Vertiefungen 40 und an der gegenüberliegenden Seite einen zweiten Ring von über den Umfang verteilten spiraligen nutartigen Vertiefungen 41 auf. Der erste Ring nutartiger Vertiefungen 40 ist am Außenumfang der Scheibe und der zweite Ring nutartiger Vertiefungen 41 näher am Innenumfang der Scheibe angeordnet.

Jede nutartige Vertiefung 40 hat einen am Außenumfang der Scheibe ausmündenden Endteil 40a, der radial nach innen verläuft und in einen im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn gebogenen Teil 40b, der spiralig auf ein die Scheibe 38 axial durchsetzendes Loch 42 zu verläuft, übergeht. Das Loch 42 führt in das äußere Endteil 41a der anschließenden spiraligen nutartigen Vertiefung 41 in der gegenüberliegenden Seite der Scheibe, und dieser Endteil 41a geht in einen in entgegengesetztem Sinn spiralig zu einem die Scheibe axial durchsetzenden Loch 43 verlaufenden Teil 4ib über. Das Loch 43 führt in eine radial verlaufende nutartige Vertiefung 44 in der Oberseite der Scheibe, die am Innenumfang der Scheibe ausmündet. Wenn die nutartige Vertiefung in der Oberseite im Uhrzeigersinn spiralig gebogen verläuft, so verläuft die mit ihr in Verbindung stehende nutartige Vertiefung an der Unterseite der Scheibe entgegen dem Uhrzeigersinn und umgekehrt. D.h. jede Scheibe 38 weist im entgegengesetzten Sinn spiralig verlaufende Strömungskanäle auf ihren beiden Seiten auf, die durch axiale Löcher in der Scheibe in Serie geschaltet sind, wobei die Mitte der inneren Spirale jeweils durch ein Loch in der Scheibe in eine radial verlaufende nutartige Vertiefung in der gegenüberliegenden Seite der Scheibe führt. Nebeneinander liegende nutartige Vertiefungen 40 in der Oberseite einer Scheibe 38 können paarweise in entgegengesetztem Sinn spiralig

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verlaufen, wobei die entsprechenden nutartigen Vertiefungen 41 in der Unterseite entsprechend paarweise in jeweils entgegengesetztem Sinn verlaufen.

Gemäß Figur 6 tritt ein Teilstrom 45 des Mediums in eine nutartige Vertiefung 40 ein und strömt zunächst radial nach innen, dann über einen im Uhrzeigersinn gebogenen spiraligen Weg 46, dann über eine axiale Strecke 47 nach unten zu einem entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn spiralig gebogenen Wegtell 48 und von dort über eine axiale Strecke 49 nach oben in den radialen Austrittsteil 50 in der nutartigen Vertiefung 44. Jeder Teilstrom folgt also einem Strömungsweg, auf dem er nacheinander in entgegengesetztem Sinn gebogene spiralige Teilstrecken durchlaufen muß, so daß Wirbel erzeugt werden, derart, daß das wirbelnde Medium durch axiale Löcher in der Mitte eines Wirbels weitergeführt wird. Durch diese wiederholte Ausbildung von entgegensinnigen Wirbeln werden sehr hohe Reibungskräfte erzeugt, durch die der Druck des Mediums gesenkt wird, ohne daß seine Geschwindigkeit erhöht wird. Die einzelnen Strömungswege können im Verhältnis zum Radius der Scheiben sehr lang ausgebildet werden.

Die Wirbel erzeugenden Strömungswege ergeben scharfe Richtungsänderungen bei gleichzeitig glatter Strömungscharakteristik, so daß eine Erosion der Scheiben weitgehend verhindert wird.

Das in Figur 1 schematisch gezeigte Gehäuse 27 kann natürlich aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, so daß die Montierung bzw. Auswechselung des Scheibenstapels erleichtert wird. Durch das Gehäuse wird der Scheibenstapel derart axial belastet, daß die Trennung der Scheiben durch den Druck des durchströmenden Mediums verhindert wird.

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Wie in Figur 2 gezeigt, können die Scheiben axiale Löcher aufweisen, durch die ein Stift 51* der eine Drehung der Scheiben gegeneinander verhindert, geführt werden kann.

Die nutartigen Vertiefungen 40 und 41 müssen natürlich nicht, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, axial in Flucht zueinander liegen, sondern die Vertiefungen in einer Scheibe können längs des Umfangs gegenüber den Vertiefungen in einer benachbarten Scheibe versetzt sein, solange sie die benachbarten Vertiefungen nicht überschneiden.

Die Scheiben bestehen vorzugsweise aus hartem, abrieb- und korrosionsfestem Metall, wie rostfreiem Stahl, Bronze, Messing oder dergl.j gegebenenfalls können aber auch Scheiben aus Plastik verwendet werden.

Gemäß der Erfindung wird also die Gesamtmenge des strömenden Mediums in eine sehr große Zahl einzelner wirbelnder Ströme aufgeteilt, die spiralige Strömungswege durchlaufen, so daß starke Reibungskräfte erzeugt werden und der Druck auf das Medium durch Ableiten potentieller Energie ohne Erhöhen der Geschwindigkeit, ' wodurch Erosion oder Schockwellen erzeugt werden oder Geräusch entstehen könnte^ gesenkt wird. Vorzugsweise sind die Strömungswege

nacheinander

so ausgebildet, daß das Medium/in entgegengesetzten Richtungen aufgewirbelt wird; jedoch sind natürlich die verschiedensten Variationen bei der Ausbildung der Strömungswege möglich.

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Claims

Pate η t a η s ρ r ü ehe

(i.) Hochdruckdrosselvorrichtung, die aus einem ringförmigen Zylinder, in dem eine Vielzahl von Strömungskanälen vorgesehen ist, besteht, wobei die Hauptströmungsrichtung von dem Raum außerhalb des Zylinders in den Raum innerhalb des Zylinders oder umgekehrt verläuft, die Länge der Strömungskanäle größer ist als der radiale Abstand zwischen ihren Einlaß- und Auslaßquersehnitten und der Zylinder aus einem Stapel von mehr als zwei zusammengefügten und in Kontakt miteinander stehenden ringförmigen Scheiben besteht und wobei die ringförmigen Scheiben auf ihrer Ober- und/oder Unterseite nutartige Vertiefungen aufweisen,"die zusammen mit der Oberfläche der benachbarten Scheibe die Strömungskanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die nutartigen Vertiefungen in den einzelnen Scheiben des Stapels (39) spiralig gewundene Teile aufweisen.
2. Hochdruckdrosselvorriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß spiralige Teile der Strömungskanäle (45) durch Löcher (42,43) in dem Stapel in Serie geschaltet sind.
3. Hochdruckdrosselvorriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (42,43) die Mitten eines Satzes spiraliger Strömungskanäle mit Auslaufenden (40b,

44) eines anderen Satzes spiraliger Teile der Strömungskanäle verbinden, so daß die Sätze in Serie miteinander in Verbindung stehen.
4. Hochdruckdrosselvorriehtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (38) an einer Seite einen ersten Ring von über den Umfang verteilten spiraligen nutartigen Vertiefungen (40), deren Auslaufenden

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am Außenumfang der Scheibe ausmünden, einen zweiten Ring von über den Umfang verteilten spiraligen nutartigen Vertiefungen (41) an der entgegengesetzten Seite der Scheibe, die Scheibe durchsetzende axial verlaufende Löcher (42), die die Mitte jeder spiraligen nutartigen Vertiefung in dem ersten Ring mit dem Auslaufende einer angrenzenden spiraligen nutartigen Vertiefung in dem zweiten Ring verbinden, weitere axial verlaufende Löcher (43), die die Mitte der nutartigen Vertiefungen in dem zweiten Ring mit der entgegengesetzten Seite der Scheibe verbinden, und radial verlaufende nutartige Vertiefungen, die diese weiteren Löcher mit dem Innenumfang der Scheibe verbinden, aufweisen.
5. Hochdruckdrosselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenstapel einen ersten Satz spiraliger Strömungskanäle (40), in denen die Einzelströme im Uhrzeigersinn aufgewirbelt werden, und einen zweiten, mit dem ersten Satz in Serie geschalteten Satz spiraliger Strömungskanäle (41), in denen die Ströme entgegen dem Uhrzeigersinn aufgewirbelt werden, aufweist.

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