DE2458321A1

DE2458321A1 - Stellventil

Info

Publication number: DE2458321A1
Application number: DE19742458321
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Nuding
Original assignee: JC Eckardt AG
Current assignee: JC Eckardt AG
Priority date: 1974-12-10
Filing date: 1974-12-10
Publication date: 1976-06-16
Also published as: DE2458321B2

Description

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Stellventil

Die Erfindung betrifft ein Stellventil mit einem kolbenförmigen, hohlen Drosselkörper, der über eine mit ihm verbundene Verstellstange axial gleitend in einer Hülse geführt ist, deren Umfang mit Durchlaßöffnungen für das strömende Medium ausgestattet ist.

Es ist bekannt, daß Stellventile mit herkömmlichen Drosselkörpern in Form von Parabolkörpern beim Einsatz unter großen Druckgefälle, speziell beim Einsatz im kritischen Druckgefällebereich, den Nachteil aufweisen, Quellen heftiger Geräuschentwicklung zu sein. Die Hauptsache für die starke Geräuschentwicklung beim Drosselvorgang eines Mediums ist die hohe Geschwindigkeit des Mediums im Drosselquerschnitt. Bei unterkritischer Entsponnung ist diese Erscheinung alleine nicht besonders nachteilig. Liegen jedoch Entspannungen bei kritischem Druckgefälle vor, so sind die hohen Geschwindigkeiten die Ursache für Kavitation bei Flüssigkeiten oder für Verdichtungsstöße bei Gasen. Das tritt besonders dann auf, wenn die Geometrie des Drosselquerschnittes der Gestalt einer Laval-Düse angenähert ist.

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Die am Ventilsitz entstehenden Störungen strömen mit dem Medium zum Teil die Rohrleitung entlang und regen diese ebenfalls zur Geräuschentwicklung an. Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, Stellventilen Schalldämpfer nachzuschalten, doch kann dadurch nicht verhindert werden, daß am Ventilsitz selbst die Geräuschentwicklung auftritt.

Es sind aber auch schon die eingangs genannten Stellventile bekannt geworden, bei denen durch die Ausbildung der Hülse mit umlaufenden, achsparallel gerichteten,schmalen Schlitzen versucht wurde, die Geräuschentstehung zu mindern. Auch diese Ventile weisen aber noch den Nachteil einer Geräuschentwicklung auf, wenn sie in den erwähnten kritischen Druckgefällen eingesetzt werden. Auch die schon vorgeschlagenen Lösungen, das abströmende Medium durch Labyrinthe zu führen, die durch Aufeinanderstapein von Scheiben mit entsprechenden Ausfräsungen erzeugt werden, hat nicht den erwünschten Erfolg gebracht. Diese Bauart hat sich auch insofern als nachteilig erwiesen, als die Herstellung sehr teuer ist und keine Möglichkeit besteht, die Kennlinie des Ventils an gewisse Gegebenheiten anpassen zu können. Das ist aber in gewissen Maßen mit den Stellventilen der eingangs genannten Art möglich, dadurch, daß die den Kolben umgebenden Hülsen Jeweils mit verschiedenen Durchlaßöffnungen ausgestattet sind.

Es ist bei anderen Ventiltypen (DT-AS 1 250 220), auch schon bekannt geworden, die Geräuschentwicklung dadurch zu mindern, daß hinter den parabolförmig gestalteten Drosselkörper ein weiterer kegelförmiger Drosselkörper mit Durchtrittsöffnungen geschaltet wird, die in Strömungsrichtung gesehen, in einem Winkel zueinander stehen. Zusätzlich können diesem Drosselkörper Hohlräume mit einer Kugelfüllung nachgeschaltet werden, so daß das Entstehen von Freistrahlen mit dem Nachteil einer starken Geräuschentwicklung weitgehend unterbunden werden kann. Bei den bekannten Stellventilen dieser Art ist es aber ebenfalls

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nicht möglich, die Kennlinie an verschiedene Gegebenheiten anpassen zu können und es kann überdies nicht verhindert werden, daß eine Geräuschentwicklung am parabolförmigen Drosselkörper und den Sitzkanten auftritt, die unter Umständen sehr erheblich und störend werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Stellventil der eingangs genannten Art, das sich durch den Vorteil auswechselbarer Hülsen und Anpassungsfähigkeit der Kennlinie auszeichnet, so auszubilden, daß auch im kritischen Druckbereich die Geräuschbildung weitgehend unterbunden wird.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß es hierzu notwendig ist, den kolbenförmigen Drosselkörper selbst so auszubilden, daß er nicht Anlaß zur Geräuschbildung ist, besteht die Erfindung darin, daß die an der Hülse geführten Wandungen des Drosselkörpers ebenfalls mit Durchlaßöffnungen versehen sind und der Innenraum des Drosselkörpers mit einer Schüttung aus Festkörpa?- teilchen ausgefüllt ist. Durch diese Ausgestaltung werden in die Strömung hereinragende Kanten vermieden, die Anlaß zur Geräuschbildung sein könnten. Die gesamte Strömung wird außerdem in viele einzelne Teilströme aufgelöst, so daß ein relativ schneller Abbau der vorhandenen Energie erfolgen kann, ohne daß Verwirbelungen und damit verbundene Geräuschentwicklungen auftreten können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß die Füllung des Drosselkörpers von einer Siebhülse umgeben und so gehalten ist. Ss bereitet auf diese Weise keine Schwierigkeiten, die Festkörperteilchen einzufüllen und innerhalb des Drosselkörpers zu fixieren. Bei Hohlkolben, die mit auf der von der Verstellstange abgewandten Seite offen sind, ist es zweckmäßig, die Füllung und die diebhülse mit einer den Abschluß des Hohl-

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kolbens auf dieser Seite bildenden Lochplatte zu halten. Dabei können zwei parallel zueinander angeordnete Lochplatten vorgesehen sein, deren Löcher versetzt zueinander liegen, so daß dadurch die schon durch das Labyrinth der Festkörperteilchen geführte Strömung am Lochscheibenpaar zusätzlich umgelenkt und gedrosselt wird.

Konstruktiv vorteilhaft wird der obere Abschluß des Hohlkolbens durch eine mit der geschlossenen Seite der Füllung zugewandte Kappe erreicht, die um die Befestigungsmittel des Hohlkolbens an der Verstellstange herum angeordnet ist. Der Hohlkolben selbst kann zweckmäßig durch eine in den Kolbenkörper eingeschraubte Drosselhülse gebildet sein, die dann je nach Bedarfsfall auch auswechselbar ist. Diese Drosselhülse kann an dem Kolbenkörper durch einen das Gewinde der Drosselhülse und des Kolbenkörpers durchdringenden Paßstift gesichert sein, der in einer von außen bis in den innerhalb der Kappe gebildeten Baum führenden Bohrung sitzt. Durch diese Ausgestaltung wird es beim Auswechselvorgang der Hülsen lediglich notwendig, den Stift von außen nach innen durchzustoßen, was sehr leicht möglich ist. Die Hülse kann dann abgeschraubt werden. Das Durchstoßen ist möglich, weil innerhalb der vorher erwähnten Kappe zwischen den Befestigungsmitteln der Verstellstange am Kolben, die meistenteils als Schrauben ausgebildet sind, und der Kappe ein Hohlraum entsteht.

Da die Hülse, die den Drosselkörper bildet, auswechselbar ist, und zwar unabhängig oder zusammen mit der sie außen umgebenden Hülse, können die Durchlaßöffnungien in den Wandungen des Drosselkörpers der zu erzielenden Kennlinie aog ep aßt werden, und zwar noch weitaus besser, als das bei bekannten Ventilen lediglich durch Auswechseln der äußeren Führungshülse der Fall ist. Es wird darüber hinaus aber auch möglich, die Füllung des Hohlkolbens aus Schichten mit verschiedenen Festkörperteilchen herzustellen, weil dadurch der Drosseleffekt der Füllkörperschicht

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innerhalb des Hohlkolbens variiert und damit wieder an die Durchlaßöffnungen angepasst werden kann. Es ist auch möglich, den unteren Abschluß des Hohlkolbens von einem Siebkegel bilden zu lassen, dessen Spitze in das Innere des Hohlkolbens hereinragt und diese Ausgestaltung mit der vorher erwähnten Schichtung der Füllkörper zu kombinieren, weil dadurch eine weitere Anpassungsmöglichkeit der Kennlinie des otellventiles ermöglicht wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. -Es zeigen:

Pig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes otellventil mit einem mit einer Kugelfüllung versehenen hohlkolbenförmigen Drosselkörper in der geschlossenen Ventilstellung,

Fig. 2 das otellventil der Fig. 1, jedoch in der geöffneten Stellung,

Fig. 3 ein Stellventil ähnlich der Fig. 1, jedoch in einer abgewandelten Ausführungsform der Ausgestaltung des Drosseliirpers, ebenfalls in der geschlossenen Stellung und

Fig. 4 einen Schnitt durch die den Hohlkörper bildende Hülse, die in den Betätigungskolben einschraubbar ist, wobei die Füllung weggelassen wurde.

In der Fig. Λ ist innerhalb eines Ventilgehäuses 1 ein Ventilsitzring 2 eingesetzt, der von einer Hülse gehalten ist, die von oben in das Ventilgehäuse 1 eingeschoben und durch einen aufgeschraubten Flansch 4 gehalten ist. Die Hülse 3 weist im

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Bereich der innerhalb des Gehäuses 1 gebildeten Kammer 5 Durchlaßoffnungen 6 auf, die als axial verlaufende Schlitze ausgebildet sind, deren Breite und Abmessung von der zu erzielenden Kennlinie abhängt. Innerhalb der Hülse 3 ist ein Kolben 7 axial gleitend geführt, der durch eine Verstellstange 8 von einem nicht dargestellten Antrieb bewegt wird. Die Verstellstange 8 ist mit Hilfe der Mutter 9 mit dem Kolben 7 verschraubt, die in geeigneter Weise, beispielsweise über ein Sicherungsblech 10 vor einem Aufdrehen gesichert ist. Die Verstellstange 8 tritt durch eine Bohrung 11 des Flansches hindurch nach oben heraus, wo sie mit dem vorher erwähnten Antrieb verbunden ist, der beispielsweise ein pneumatisch betätigter Membranantrieb sein kann.

In dem Kolben 7 ist von unten her eine Drosselhülse 12 eingeschraubt und zu diesem Zweck weist der Kolben 7 einen nach unten überstehenden Band mit einem Gewinde 13 auf, in das das entsprechende Gewinde am oberen Rand der Hülse 12 eingreift. Die Hülse 12 ist durch einen Paßstift 14 in dem Gewinde 13 gesichert, der durch eine Bohrung 15 in dem Kolben 7, durch eine entsprechende Bohrung in der Hülse 12 und durch eine Ausnehmung 16 in einer Kappe 17 durchgeführt ist, welche mit ihrer offenen Seite die Muttern 9 umgibt und als oberer Abschluß des von der Hülse 12 nach unten gebildeten Hohlraumes dient. Die Hülse 12 weist Durchlaßoffnungen 18 in ihren Wandungen auf und ist unten durch ein Lochplattenpaar 19» 20 abgeschlossen, das gemeinsam in ein entsprechendes Gewinde an der unteren Innenseite der Hülse 12 eingeschraubt ist und dann verschweißt werden kann. Zwischen diesem Lochplattenpaar 19» und der Kappe 17 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel eine Füllung 21 aus Kugeln 22 angeordnet, die von einer Siebhülse innerhalb der Hülse 12 gehalten werden, die wiederum von dem Lochplattenpaar 19» 20 dadurch innerhalb der Hülse 12 gehalten wird, daß sie mit ihrem oberen Rand an einer schrägen Fläche

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auf der Innenseite der Hülse 12 anliegt. Der untere Plansch 25 des Ventilgehäuses 1 und der nicht dargestellte, sichan die Wandung 26 anschließende Plansch werden jeweils mit der das strömende Medium führenden Leitung verbunden, wobei der Plansch 23 mit der abströmenden und die an den Wandungen 26 angrenzenden Planschteile mit der zuströmenden Leitung verbunden werden sollen.

Die Hülse 12 kann bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gegen andere Hülsen ausgetauscht werden, dadurch, daß zunächst nach dem Lösen des Flansches 4 der Kolben 7 mit der Hülse 12 nach oben herausgezogen wird und dann der Paßstift 14 in den Hohlraum 27 hereingeschlagen wird, der innerhalb der Kappe I7 gebildet ist. Die Hülse 12 läßt sich dann vom Kolben 7 abschrauben.

Die Wirkungsweise des neuen Stellventils geht im wesentlichen aus der Pig. 2 hervor, wo durch die Pfeile 28 und 29 angedeutet ist, daß bei geöffnetem Ventil, d.h. also dann, wenn der Kolben 7 seine obere gezeigte Stellung einnimmt, in der er etwa an dem Kragen 30 des Flansches 4- anschlägt, die von der Kammer 5 aus eintretende Strömung zunächst die Öffnungen 6 in der Hülse 3 und dann die Öffnungen 18 der Hülse 12 durchläuft, dann durch die Siebhülse 23 zwischen den eingefüllten Kugeln labyrinthartige Wege zurücklegt, um dann an dem Drosselscheibenpaar 19» 20 nochmals durch die versetzte Anordnung der Bohrungen 31 und 32 in den beiden Lochplatten gedrosselt zu werden. Durch diese Strömungsführung wird auch bei Einsatz des so ausgebildeten Ventiles im kritischen Druckbereich die Geräushbildung vermieden, und zwar bereits an der Jtelle, an der bei den meisten bekannten Ventilarten wegen des Einsatzes eines festen Drosselkörpers die Gerauschentstehung nicht unterbunden werden kann. Es erübrigt sich bei dem erfindungsgemäßen Ventil daher, Schalldämpfer nachzuschalten« Die gezeigte Ausgestaltung erlaubt es auch, die Kennlinie den gewünschten Bedürfnissen weitgehend anpassen zu können, weil zu diesem Zweck einmal die öffnungen 6 in der

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äußeren Hülse 3 und zum anderen die öffnungen 8 der Drosselhülse 12 aufeinander abgestimmt werden können und durch die Art der Füllung auch der freie Drosselquerschnitt bestimmt werden kann.

Es ist aber auch noch möglich, wie in der Pig. 3 angedeutet ist, den Drosselkörper selbst noch in seinem Inneren anders auszugestalten. Zu diesem Zweck kann beispielsweise vorgesehen werden, daß der untere Abschluß der Hülse 12 nicht wie in Pig. 1 durch das Lochplattenpaar 19, 20 erfolgt, sondern durch einen eingesetzten Siebkegel 33, der entweder ausschließlich den unteren Abschluß übernimmt oder zusätzlich zu dem Lochplattenpaar 19, 20 angeordnet ist. Es kann nämlich vorgesehen werden, daß um den Siebkegel 33 herum eine Füllung aus Kugeln 34· sehr großen Durchmessers aufgeschüttet wird, während etwa im Bereich von der Spitze des Siebkegels 33 ab bis zur halben Höhe der Durchlaßöffnungen 18 Kugeln 35 mit kleinerem Durchmesser und in dem darüberliegenden Bereich Kugeln 36 mit noch kleinerem Durchmesser angeordnet werden. Dadurch wird es möglich, auch innerhalb des als Drosselkörper wirkenden Hohlkolbens 7, 12 eine Abstimmung von Drosseleigenschaften zu erreichen, die mit dazu ausgenützt werden können, den Kennlinienverlauf zu beeinflussen.

Fig. 4- schließlich zeigt, daß die öffnungen 18 sich nahezu über den ganzen Umfang erstrecken und nur durch relativ schmale Stege 37 unterbrochen sind, die unter einem Winkel von 90 zueinander angeordnet sind. Selbstverständlich ist es möglich, die Breite dieser Auslaßöffnungen 18 anders zu wählen und es ist auch möglich - was in der Fachwelt auch bekannt ist - die Breite der Durchlaßöffnungen mit der HShe zu verändern, so daß beispielsweise herzförmige oder dreieckförmige Qffnungsquerschnitte entstehen. Als Füllkörper können

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schließlich nicht nur Kugeln verwendet werden, sondern auch andere Pestkörperteilchen, wie kleine Ringe oder Dreiecke. Die Kugelfüllung hat sich allerdings als besonders günstig erwiesen.

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Claims

Patent- und Schutzansprüche

M . Stellventil mit einem kolbenförmigen, hohlen Drosselkörper, der über eine mit ihm verbundene Verstellstange axial gleitend in einer Hülse geführt ist, deren Umfang mit Durchlaßöffnungen für das strömende Medium ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Hülse (3) geführten Wandungen des Drosselkörpers (7» 12) ebenfalls mit Durchlaßöffnungen (18) versehen sind und der Innenraum des Drosselkörpers mit einer Schüttung (21) aus Pestkörperteilchen (22) ausgefüllt ist.
2. Stellventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (21) des Drosselkörpers von einer Siebhülse (23) umgeben und so gehalten ist.
3. Stellventil nach den Ansprüchen 1 und 2 mit einem auf der von der Verstellstange abgewandten Seite offenen Hohlkolben, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (21) und die Siebhülse (23) von einer den Abschluß des Hohlkolbens (7> 12) auf dieser Seite bildenden Lochplatte (19) gehalten ist.
4. Stellvontil nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß als unterer Abschluß des Hohlkolbens (7> 12) zwei parallel zueinander angeordnete Lochplatten (19» 20) vor gesehen sind, deren Löcher (31» 32) versetzt zueinander liegen.
5. Stellventil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschluß des Hohlkolbens (7» 12) durch eine mit der geschlossenen Seite der Füllung (21) zuge-

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wandten Kappe (17) gebildet ist, die um die Befestigungsmittel (9) des Hohlkolbens (7) an der Verstellstange (8) herum angeordnet ist.
6. Stellventil nach den Ansprüchen 1 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkolben durch eine in einem Kolbenkörper (7) eingeschraubte Drosselhülse (12) gebildet wird.
7. Stellventil nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselhülse (12) an dem Kolbenkörper
(7) durch einen das Gewinde (13) der Drosselhülse (12)
und des Kolbenkörpers (7) durchdrxngenden Paßstift (1A-)
gesichert ist, der in einer von außen bis in den innerhalb der Kappe (17) gebildeten Raum führenden Bohrung (15) sitzt.
8. Stellventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen (18) in den Wandungen des Drosselkörpers (12) der zu erzielenden Kennlinie angepasst sind.
9. Stellventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (21) aus Schichten mit verschiedenen Festkörperteilchen (34, 351 36) besteht.
10. Stellventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschluß des Hohlkolbens (7» 12) von einem Siebkegel (33) gebildet wird, dessen Spitze in das Innere des Hohlkolbens her einragt.

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