DE2646837A1

DE2646837A1 - Ventil, insbesondere stellventil

Info

Publication number: DE2646837A1
Application number: DE19762646837
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Nuding
Original assignee: Eckardt AG
Current assignee: Eckardt AG
Priority date: 1976-10-16
Filing date: 1976-10-16
Publication date: 1978-04-20

Description

ECKARDT AG Stuttgart, den 15. Oktober

Pragstrasse 80-82 PAT/BA/R

7000 Stuttgart 50 A-Nr. 437

Ventil, insbesondere Stellventil

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Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Stellventil, bei dem relativ zu einem Ventilsitz ein Drosselkörper verstellt wird, der in Form einer mit dem offenen Ende in den Ventilsitz eintauchenden Lochbuchse mit radial gerichteten Durchströmöffnungen ausgebildet ist.

Ventile dieser Art sind bekannt (DT-OS 24 31 322). Bei den bekannten Ventilen soll eine gewisse Schalldämmung beim Drosselvorgang dadurch erzielt werden, daß im Inneren der Lochbuchse senkrecht zur Ventilachse liegende Lochscheiben angeordnet sind, die das suströmende Medium zusätzlich noch in Teilströme auflösen sollen, so daß ein relativ schneller Abbau der vorhandenen Energie erfolgen kann, ohne daß zu starke Verwirbelungen mit Geräuschentwicklung auftreten. Es hat sich aber gezeigt, daß insbesondere beim Einsatz für Flüssigkeiten, die unter kritischen Druckverhältnissen durchströmen, aufgrund von Kavitationserscheinungen oder bei Gasen aufgrund von Verdichtungsstößen, die dann entstehen, wenn infolge der Geometrie des Drosselquerschnittes und der Druckverhältnisse am Ventilsitz Schall- oder gar Überschallströmungen entstehen, doch noch Geräuschentwicklungen auftreten, die nicht zu beherrschen sind. Ventile der bekannten Art neigen auch zu Schwingungen, die durch Ins1ä>ilitäten des Drosselvorganges angeregt und auf die Ventilinnenteile übertragen werden. Hier sind insbesondere die quer

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zur Ventilachse liegenden Lochscheiben nachteilig, weil sie zu Schwingungen leicht angeregt werden können.

Lochzylinder sind grundsätzlich zunächst aus der Überlegung heraus entstanden, daß der gesamte Nediumstrom möglichst in viele Einzelströme aufgeteilt werden muß, die diametral gegeneinander geführt werden sollen« Dadurch sollte die Umwandlung der Druckenergie in kinetische Energie mit anschließendem Impulsaustausch erfolgen. Tatsächlich weisen Lochzylinder zum Teil auch Vorteile in dieser Hinsicht auf, wei-1 sie die Bildung großer Turbulenzballen verhindern und Geräusche im Inneren des Zylinders entstehen lassen, die durch die Wandung des Lochzylinders selbst recht gut vom übrigen Gehäuse abgehalten v/erden können.

Es hat sich auf der anderen Seite aber auch gezeigt, daß es Grenzen für den Einsatz von Lochzylindern in der bisher üblichen Ausführung gibt, weil der Durchfluß begrenzt ist, wie es auch von Ventilen mit Parabolkegeln bekannt ist. Der Nachteil von Lochzylindern mit zylindrischen Durchströmöffnungen besteht darin, daß in den einzelnen öffnungen starke Beschleunigungen und Ablösungen auftreten, die an den Stellen engster Querschnitte wegen der Geschwindigkeitszunahme und beginnender Aucdampfung bei Flüssigkeiten zu Durchflußbegrenzungen führen. Es hat sich auch gezeigt, daß in den Bohrungen selbst Kavitation auftritt, weil die Druckrückgewinnungszone noch im letzten Drittel der Bohrung liegt. Diese an viä.en Bohrungen stattfindende Kavitetion führt einmal abhängig vom Druckniveau dazu, daß die Bohrungen Tom Inneren des Zylinders ausgehend zerstört werden und auf der anderen Seite dfczu, daß eine beträchtliche Geräuschentwicklung entsteht·

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für Ventile, die für Flüssigkeiten eingesetzt werden,sollen,

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INSPECTED

eine Ausführungsform vorzuschlagen, bei der Kavitation in den Durchströmöffnungen vermieden wird und die daher eine bessere Lebensdauer aufweist und eine sehr starke Gerauschverminderang bringt ·

Die Erfindung besteht ausgehend von einem Ventil der eingangs genannten Art darin, daß die Lochbuchse mit Durchströmöffnungen versehen ist, die sich konisch zur Achse des Drosselkörpers hin verengen. Diese konische Ausbildung der Durchströmöffnungen bewirkt eine gleichmäßig beschleunigte Durchströmung in der Bohrung, die als Konfusor wirkt, ohne daß es zu Kavitation innerhalb der Durchströmöffnung kommen kann. Durch die Wahl des Konuswinkels, insbesondere dadurch, daß darauf geachtet wird, daß das Durchmesser-Verhältnis zwischen äußerem Eintritts- und innerem Austrittsquer— schnitt der Durchströmöffnungen größer oder gleich dem Wert 1,8 ist, wenn die der Dicke der Lochbuchse entsprechende Länge der konischen Durchtrittsöffnung größer oder höchstens gleich dem äußeren Eintrittsquerschnitt der Durchströmöffnung ist, kann erreicht werden, cffi die nach dem engsten Querschnitt entstehende Strahleinschnürung die sogenannte "vena contracta¹¹ mit extremer Geschwindigkeit mehrere Millimeter nach der durch die Durchströmöffnung geschaffene Düse lokalisiert wird. Es hat sich gezeigt, daß beispielsweise bei Wasser sich dann so gut wie keine oder nur eine sehr schwach ausgeprägte Ausdampfung im Bereich des niedrigsten statischen Druckes der Strahleinschnürung einstellt. Das wird noch dadurch beünstigt, daß der extrem beschleunigte Mediumstrahl am relativ ruhigen Material zwischen den einzelnen Strahlen innerhalb der Lochbuchse abgebremst wird, so daß es nur zu geringer Freistrahlausbildung kommen kann. Ventile mit der eaÄndungsgemäßen Ausgestaltung arbeiten daher äußerst geräuscharm. Es hat eich auch gezeigt, daß der gewünschte Nachdruck bereits im Inneren der Lochbuchse erreicht ist.

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Eine zusätzliche Möglichkeit, hohe Geschwindigkeit von Einzelstrahlen und damit Geräuschentwicklung zu vermeiden, besteht darin, daß im Inneren der Lochbuchse Siebe angeordnet sind, die als Widerstandskörper vdLrken, bei deren Umströmung starke Verwirbelungen und damit Reibungsene-rgie sowie Drallenergie aus der kinetischen Energie der Strahlen entzogen wird, die ihrerseits aus dem vorhandenen Druckgefälle stammt. Durch diese Mehr— fachdrosselung können kritische Geschwindigkeiten, die zur Ausdampfung von flüssigen Iledien führen können, verhindert werden. Im Gegensatz zu der nachteiligen Erscheinung des Druckrückgewinnes bei großen Durchsätzen, die bei der ausschließlichen Drosselung durch Siebe beobachtet werden, stellt sich eine solche Erscheinung bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nicht ein.

Die Siebe können vorteilhaft konzentrisch zur Drosselkörperachse angeordnet sein. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, daß die Siebe in sich eine größere Stabilität aufweisen, und daher weniger zu Schwingungen neigen als flach gespannte Lochscheiben o.dgl. Die Siebe können zweckmäßig in einem Einsatz gehalten sein, der auswechselbar an der Lochbuchse befestigt ist, so daß nach Wunsch auch verschiedene zusätzliche Drosselungseffekte erzielt werden können. Es ist auch möglich, die Siebe auf diese Weise einfach zu reinigen. Schließlich kann dadurch auch die Montage des Drosselkörpers wesentlich vereinfacht werden, insbesondere dann, wenn der Einsatz über axial verlaufende Bolzen an der Lochbuchse geführt ist, die zwischen zwei Sieben liegen uidwenn Steckstifte zur Arretierung des Einsatzes in einer Ausnehmung der Lochbuchse vorgesehen sind. Es hat sich auch gezeigt, daß durch die doppelte konzentrische Anordnung von Sieban ein besonderer Effekt hinsichtlich der Geräuschdämmung zusätzlich zu der ohnehin schon durch die konische Ausbildung der Durchströmöffnungen erzeugten Geräuschminderung erreicht wird.

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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles gezeigt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Ge samt anordnung eines Drosselventiles nach der Erfindung in einem Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den als Lochbuchse ausgebildeten Drosselkörper der Fig. 1, längs der Linie II-II der Fig. 3 geschnitten,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Drosselkörpers des Ventiles der Fig. 1,

Fig. 4 eine weiter vergrößerte Darstellung einer einzelnen Durchströmöffnung im Mantel des Drosselkörpers,

Fig. 5 eine andere Ausführung einer Durchströmöffnung bei größerer Materialstärke des Mantels des Drosselkörpers und

Fig. 6 die Durchströmöffnung der Fig. 4, jedoch mit zwei nachgeschalteten, konzentrisch zur Ventilachse angeordneten Mas chendraht sieben.

In der Fig. 1 ist in einem Ventilgehäuse 1 bekannter Bauart ein Ventilsitz 2 angeordnet, der mit einem Drosselkörper in der Form einer Lochbuchse 3 zusammenarbeitet, die an ihrem oberen Ende mit einem Absatz 4 versehen ist, der bei dem Aufsetzen auf dem Ventilsitz 2 für einen vollständigen Abschluß des Durchflusses sorgt. Das Ventilgehäuse 1 besitzt eine EinströmBffnung 5 mit einem Anschlußflansch 6 und eine Ausströmöffnung 7 i&it einem entsprechen-

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den Anschlußflansch 8. Das Medium strömt in Richtung des Pfeiles 9 in die öffnung 5 ein und "besitzt in diesem Bereich den Druck P^, "beim Austritt aus der öffnung 7 hat sich der Nachdruck P₂ eingestellt, der durch die Drosselung entstanden ist. Der Drosselkörper 3 ist als Lochbuchse ausgebildet, die mit dem offenen Eide in dem Ventilsitz 2 eintaucht und die über eine Stellstange 10 betätigt wird, die durch einen Flanschdeckel 11 nach oben aus dem Ventilgehäuse 1 herausgeführt ist und dort mit einem nicht dargestellten Stellantrieb verbunden ist. Der Flanschdeckel 11 sitzt dicht auf dem Ventilgehäuse 1 auf und ist durch nicht dargestellte Schrauben mit diesem verbunden.

Wie insbeeondere den Fig. 2 bis 4 zu entnehmen ist, ist die Lochbuchse 3 lai* einer Anzahl von radial zur Achse 12 des Ventiles hin verlaufenden Durchströmöffnungen 13 versehen, die sich zu der Achse

12 ΐτϊτΊ konisch verengen. An der Innenseite der Durchströmöffnungen

13 liegt ein aus Haschendraht hergestelltes Sieb 14 an, das durch Steck-Bolzen 15t ^von denen im Ausführungsbeispiel drei vorgesehen sind, die gleichmäßig auf dem Umfang verteilt sind, im Abstand zu einem zweiten Haschendraht sieb 16 gehalten ist. Dieses Sieb ist ebenso wie das Sieb 14 konzentrisch zur Ventilachse 12 angeordnet und in einer Ausnehmung I7 im oberen, geschlossenen Bereich der Lochbuchse 3 un-d in einer Ausnehmung 18 eines Einsatzes 19 gehalten, der von unten her in eine entsprechende Ausnehmung 20 im unteren zylindrischen, geschlossenen Teil 3& der Lochbuchse 3 eingesetzt ist. Der Einsatz 19 wird in dieser Lage durch Arretierstifte 21 gehalten, die nach Herausnahme der Lochbuchse 3 leicht entfernt werden können, so daß die Siebe 14 und 16 ausgewechselt oder gereinigt werden können.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der Eintrittsquerschnitt d^ kleiner ist als die Stärke a des Materials, aus dem die Lochbuchse 3 her-

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gestellt ist. Der Austrittsquerschnitt d₂ ißt so gewählt, daß sich ein Verhältnis dieser beiden Durchmesser von d* : d~ » 1,8 ergibt. Eg hat sich gezeigt, daß bei diesem Wert, der möglichst im Bereich von 1,8 liegen sollte, sich besonders günstige Werte für die GeräuGchdämmung ergeben. Voraussetzung dafür ist, daß die Länge a immer größer als der Wert d,j ist und vorzugsweise etwa 1,5 mal so groß ist. Dadurch ist dann ein bestimmter Winkel des Konus bestimmt, den die Durchströmöffnung 13 bildet.

Ec hat sich aber gezeigt, daß es an sich nicht auf den Winkel des Konus ankommt, sondern daß es genügt, wenn das Durchmesserverhältnis dy, zu d~ die angegebenen Werte einnimmt. Trotzdem ist es vorteilhaft, wie aus Fig. 5 hervorgeht, wenn der Konuswinkel beibehalten wird, weil dann bei der Herstellung der Lochbuchse bzw. der Durchströmöffnungen stets dac gleiche konische Werkzeug eingesetzt werden kann. Erreicht die Naterialst&rke der Lochbuchse 3 daher beispielsweise den Wert b, der größer ist als der Wert a, so wird die Durchströmöffnung 13 noch mit einem zylindrischen Eintrittsteil 22 vercehen, damit für die Herstellung gleiche Werkzeuge unabhängig von &r Materialstärke der Lochbuchse verwendet werden können, natürlich wäre es auch möglich, auf den zylindrischen Abschnitt 2 zu verzichten, so daß sich dann der Konuswinkel ändern würde. Diese Verhältnisse lassen sich natürlich nur bis zu einer gewissen Wandstärke der Lochbuchse aufrechterhalten, da sonst der Konuswinkel immer kleiner werden würde und sich die Geometrie der Durchströmöffnung einer zylindrischen öffnung zu sehr nähern würde« Mit dem gezeigten Konuswinkel wurden sehr günstige Ergebnisse erzielt, die darauf zurückzuführen sind, daß sich der engste Strahlquerschnitt bei dieser düsenförmigen Ausbildung der Durchströmöffnung 13 nicht innerhalb der Durchströmöffnung 13 ausbildet, sondern erst im Inneren der Lochbuchse, wo durch den Aufprall des

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Strahles auf das ruhende Medium eine Umwandlung von Strömungsenergie in Druckenergie stattfindet, so daß die nachteiligen Erscheinungen der Kavitation bei Flüssigkeiten, aber weitgehend auch der Druckstoßerscheinungen bei Gasen, nicht eintreten.

Das läßt sich noch weiter verbessern durch die Anordnung der Drahtmaschensiebe 14 und 16, die, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, jeweils in den Bereichen liegen, in denen der austretende Einzelstrahl an sich seinen engsten Querschnitt und damit die höchste Geschwindigkeit und den niedrigsten Druck haben würde.

Durch die Erfindung ist somit eine relativ einfache Ausgestaltung geschaffen worden, die es erlaubt, geräuscharme Drosselventile auch für Flüssigkeiten noch in Steuerungen von Druckbereichen einzusetzen, in denen die bisher bekannten Ventile sowohl zu einer enormen Geräuschbildung als auch zu Erscheinungen neigt, die die Lebensdauer beeinflußt.

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Claims

Ansprüche

1. Ventil, insbesondere Stellventil, bei dem relativ zu einem Ventilsitz ein Drosselkörper verstellt wird, der in Form einer mit dem offenen Ende in den Ventilsitz eintauchenden Lochbuchse mit radial gerichteten Durchströmöffnungen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochbuchse (3) mit Durchströmöffnungen (13) versehen ist, die sich konisch zur Achse (12) des Drosselkörpers hin verengen·

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis (d,j, dp) zwischen äußeren Eintritts- und inneren Austrittsquerschnitten der Durchströmöffnungen (13) größer oder gleich dem Wert 1,8 ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Dicke (a) der Lochbuchse (3) entsprechenden Länge der konischen Durchströmöffnungen (13) größer oder höchstens gleich dem äußeren Eintrittsquerschnitt Cd^) der Durchströmöffnung ist.

4·. Ventil nach Anspruch 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmöffnungen (13) nur vom Austrittsquerschnitt (d₂) ab "bis zu einer bestimmten Länge konisch und dann zylindrisch ausgebildet sind.

5. Ventil nach den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Lochbuchse (3) Siebe (14, 16) angeordnet sind.

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6. Ventil nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Siebe (14-, 16) konzentrisch zur Achse (12) des Drosselkörpers angeordnet sind.

7. Ventil nach den Ansprüchen 5 und. 6₄ dadurch gekennzeichnet, daß die Siebe (14, 16) in einem Einsatz (19) gehalten sind, der auswechselbar an der Lochbuchse (3) befestigt ist.

8. Ventil nach den Ansprächen 5 biß 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (19) über axial verlaufende Führungsbolzen (15) an der Lochbuchse (3) geführt ist, die zwischen zwei Sieben (14, 16) liegen und daß Arretierstifte (21) zum Befestigen des Einsatzes (I9) in einer Ausnehmung (20) der Lochbuchse (3) vorgesehen sind.

9. Ventil nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß die Siebe (14, 16) aus Maschendraht bestehen.

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