DE2654769A1

DE2654769A1 - Ventil zur geraeuscharmen drosselung stroemender, gasfoermiger medien

Info

Publication number: DE2654769A1
Application number: DE19762654769
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: HELBLING AG INGENIEURBUEROS
Current assignee: HELBLING AG INGENIEURBUEROS
Priority date: 1976-12-03
Filing date: 1976-12-03
Publication date: 1978-06-08

Description

Helbling AG 'Ingenieurbüros, ' Zürich (Schweiz)

Ventil zur geräuscharmen Drosselung strömender gasförmiger Medien

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur geräuscharmen Drosselung strömender gasförmiger Medien, mit mehreren voiweinander distanzierten Ventilsitzen und einem damit zusammenwirkenden beweglichen Ventilkörper, mit dem verschiedene Durchflussquerschnittsflachen einsteilbar sind.

Derartige Reduzierventile sind bereits in grosser Anzahl bekannt. Es wird hierzu z.B. auf die Deutschen Patentschriften 1 091 389 sowie 1 154 318 verwiesen. Bei den Reduzierventilen der eingangs genannten Art wurden schon die verschiedensten Vorschläge gemacht, um das durch das Ventil gesamthaft zu verarbeitende Druckgefälle zwischen den mehreren Ventilsitzen gleichmässig aufzuteilen, wobei diese gleichmässige Aufteilung bei allen möglichen Durchflussquerschnitten, also in allen möglichen Stellungen des beweglichen Ventilkörpers, vorhanden sein sollte. Nur wenn in allen Ventilkörpersteilungen (Mass der Drosselung) eine gleichmässige Aufteilung des gesamthaft zu verarbeitenden Druckgefälles stattfindet, arbeitet das Ventil maximal, d.h. es kann mit möglichst wenig Drossel-

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stufen (gegeben durch die Anzahl der Ventilsitze) ein möglichst grosses Druckgefälle auf möglichst geräusch- und vibrationsarme Weise verarbeitet werden.

Es wird die Schaffung eines verbesserten Ventiles eingangs genannter Art bezweckt. Mit dem zu schaffenden Ventil soll die gestellte Aufgabe auf konstruktiv einfache, störunanfällige und konstruktiv kompakte Weise erzielt werden können.

Das erfindungsgemässe Ventil ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper in an sich bekannter Weise als drehbarer Rotationskörper ausgebildet ist, der in an sich bekannter Weise mit einem Durchtrittskanal für das gasförmige Medium versehen ist, welcher Durchtrittskanal zur Drehachse des Ventilkörpers in an sich bekannter Weise gekreuzt liegt, dass die Querschnittsfläche des Durchtrittkanals an der Ventilkörperauslassmündung grosser ist als an der Ventilkörpereinlassmündung, das sowohl die Ventilkörperauslassmündung als auch die Ventilkörpereinlassmündung mit je einem Ventilsitz mit Steuerkante zusammenwirkt und dass der Ventilkörper zwischen seinen beiden Ventilsitzen eingefasst liegend, gesteuert um seine Rotationsachse drehbar ist, zur Veränderung der wirksamen Durchflussquer schnitte am Ventileinlass und Ventilauslass zwangsläufig gleichzeitig und in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander .

In vorteilhafter Weise kann der Ventilkörper in an sich bekannter Weise als Kugel ausgebildet sein.

Natürlich sind bereits Hähne, also Drehschieber, bekannt, bei denen das Hahnküken auch als Rotationskörper ausgebildet ist. Hähne sind aber keine solche eingangsgenannte Reduzierventile, innerhalb denen eine Aufteilung des zu verarbeitenden Druckgefälles in mehreren hintereinander^geschalteten Stufen erfolgt. Beim erfindungsgemässen Ventil wird somit das erste Mal ein solch einfacher Aufbau wie bei einem Hahn vorgeschlagen um eine den Reduzierventilen vorbehaltene Aufgabe zu

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lösen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch das Ventil, Fig. 2 einen horizontalen Längsschnitt durch das Ventil, Fig. 3 eine Stirnansicht auf den Ventilsitz beim Ventileinlass in Richtung eines Pfeiles A in Fig. 1, wobei der als Kugel ausgebildete Ventilkörper sich in drei verschiedenen Stellungen befindet, Fig. 4 eine Stirnansicht auf den Ventilsitz beim Ventilauslass in Richtung eines Pfeiles B in Fig. 1, und

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung eines Pfeiles C in Fig. 2 auf eine dem zweiten Ventilsitz nachgeschaltete Lochplatte.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der einen Rotationskörper darstellende Ventilkörper als Kugel 1 ausgebildet. Letztere ist mit zwei Drehzapfen 2 versehen, die in einer 2entralachse 3 durch die Kugel liegen. Der Ventilkörper 1 hat eine Einlassmündung 4 und eine Auslassmündung 5. Bei der Mündung 4 liegt eine ventilkörperfeste, als Kalotte ausgebildete Lochplatte 6 und bei der Mündung 5 liegt eine ebenfalls als Kalotte ausgebildete Lochplatte 7, die aber nicht Teil der Kugel 1 ist.

Die Kugel 1 weist einen Durchtrittskanal 8 mit den Seitenwänden 9 bis 12 auf. Die beiden Seitenwände 9 und 10 sind zueinander parallel und die beiden anderen Seitenwände 11 und 12 divergieren in der mit einem Pfeil 13 angegebenen Strömungsrichtung durch das Ventil. Die Zentralachse 3 liegt zwischen den beiden zueinander parallelen Seitenwänden 9 und 10 und liegt auch parallel zu diesen. Die Kugel 1 ist mittels nicht dargestellter Antriebsorgane über die Drehzapfen 2 um die Achse 3 in der einen oder anderen Drehrichtung in gesteuerter Weise

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schwenkbar.

Die Kugel 1 liegt zwischen zwei Ventilsitzen

14 und 15 eingefasst. Letztere liegen bei Bauteilen 16,17 und 3 8 des Ventilgehäuses. Der Ventilsitz 14 weist eine Steuerkante 19 auf und der Ventilsitz 15 weist eine Steuerkante 20 auf. Der Ventilsitz 14 liegt bei der Einlassmündung 4 des Ventiikörpers 1, wogegen der Ventilsitz 15 bei der Auslassmündung 5 des Ventilkörpers 1 liegt. Die Steuerkante 19 vom Ventilsitz 14 schliesst einen Kreis ein, dessen Kontur in Fig. 3 gezeigt ist. Die Steuerkante 20 dagegen schliesst ein in Fig. 4 dargestelltes Langloch ein. Beim dargestellten Beispiel deckt sich die Ventilkörpereinlassmündung 4 mit der Steuerkante 19 und die Ventilkörperauslassmündung 5 deckt sich mit der Steuerkante 20, das bedeutet, dass die Fläche der Mündungen 4 und 5 der Grosse der von der Steuerkante 19 bzw. 20 eingeschlossenen Fläche entspricht. Die Querschnittsfläche des Durchtrittkanals 8 ist also an der Mündung 4 grosser als an der Mündung 5, so dass das in Strömungsrichtung 13 strömende gasförmige Medium zwischen den beiden Ventilsitzen 14 und 15 entspannt wird.

Dem Ventilsitz 20 ist eine weitere gehäusefeste Lochplatte 21 nachgeschaltet. Letztere hat eine kreisförmige Querschnittsfläche mit der Kontur 22, die aus Fig. 5 ersichtlich ist. Zwischen dem Ventilgehäuseteil 18 und der Lochplatte 21 liegen Kammerwände 23 bis 26. Beim Beispiel liegen die Kammerwände 25 in der vollständig geöffneten Stellung des Ventilkörpers 1 nach Fig. 2 in der Verlängerung der divergierenden Seitenwände 11 und 12 vom Durchtrittskanal 8 des Ventilkörpers.

Der zwischen dem Ventilsitz 20 und der Lochplatte 21 liegende Endspannungsraum für das durchströmende gasförmige Medium ist in mehrere, in Strömungsrichtung 13 parallel geschaltete Kammern 27, 28 und 29 unterteilt. Die Kammerntrennwände 30 und 31 liegen zumindest annähernd parallel zur Drehachse 5 des Ventilkörpers.

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Die erwähnten Lochplatten 6, 7 oder 21 können auf ihrer Stirnfläche mit einer gleichmässigen oder ungleichmassigen Lochverteilung versehen sein.

Es ist bei Dampfdruckreduzierventilen bekannt dem sich entspannenden Dampf Wasser zuzuführen. Wird das erläuterte Ventil hierfür verwendet, so kann die Wasserzuführung in einfacher Weise über einen im Innern des Drehzapfens 2 liegenden, nicht dargestellten Kanal erfolgen, so dass dann das an dieser Stelle eingeführte Wasser ire Innere des Durchtrittkanals 8 gelangt.

Aus den Fig. 3 und 4 sind drei verschieden gedrehte Stellungen des Ventilkörpers 1 dargestellt. In der Stellung des Ventilkörpers nach den Fig. 1 und 2 ist der Durchtritts· kanal 8 des Ventilkörpers maximal weit geöffnet, so dass der wirksame- Durchflussquerschnitt durch die kreisförmige Kontur 19 eingeschlossen wird, wobei man natürlich berücksichtigen muss, dass die von der Kontur 19 eingeschlossene Fläche die Fläche der Lochplatte 6 ist und die eigentliche wirksame Querschnittsfläche natürlich nur durch die Löcher in dieser Lochplattenfläche gegeben ist. Bei der Ventilaussenseite steht ebenfalls die grösste Querschnittsfläche des Kanals 8 für den Durchgang des gasförmigen Mediums zur Verfügung und der wirksame Durchflussquerschnitt wird durch die Kontur 20 eingeschlossen, wobei natürlich ebenfalls wieder zu berücksichtigen ist, dass diese letzterwähnte Fläche die wirksame Fläche der Lochblende 7 ist und als wirksamer Durchflussquerschnitt natürlich nur die Löcher in dieser Lochplatte zur Verfügung stehen. Wird der Ventilkörper 1 nunmehr um die Achse 3 in Richtung des Pfeiles 32 so weit verdreht, dass nur noch etwa die halbe Fläche der Ventiikörpereinlassmündung 4 für den Durchtritt des gasförmigen Mediums zu Verfügung steht, so verläuft die Einlassmündungskante 33 vom Kanal 8 in der in Fig. 3 gezeigten Lage 33'.

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Beim Ventilauslass verlauft "die Auslassmündungskante 34 vom Kanal 8 nach dem Linienzug 34' in Fig. 4. Wix'd der Ventilkörper noch etwas weiter gedreht, dann verlaufen die vorerwähnten Mündungskanten 33 und 34 nach dem Linienzug 33'' und'34¹¹ innerhalb der Ventilsitz- Steuerkanten 19 und 20. Das bedeutet,die wirksame Durchfluss-Querschnittsflache für das gasförmige Medium wird beim Ventileinlass und beim Ventilauslass zwangsläufig gleichzeitig verkleinert. Durch die unterschiedliche Formgebung der Durchflussquerschnittsfläche beim Ventilsitz 14 (durch Steuerkante 19 eingeschlossener Kreis) und beim Ventilsitz 15 (durch die Steuerkante 20 eingeschlossene Langlochform) sowie durch die entsprechende Formgebung der Durchflussquerschnitte des Kanals 8 bei der Einlassmündung 4 und der Auslassmündung 5 werden die jeweils wirksamen Durchflussquerschnitte für das gasförmige Medium am Ventileinlass und am Ventilauslass in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander verändert . Durch die jeweiligen Durchflussquer schnitte bei der Einlassmündung 4 und der Auslassmündung 5 werden zweiDrosseisteilen für das durchströmende gasförmige Medium geschaffen, die in jeder gedrehten Stellung des Ventilkörpers ein optimales Flächenverhältnis zueinander aufweisen. Optimal bedeutet in diesem Fall ein Entspannen des Mediums an den beiden Drosselstellen 6 und 7 mit einem solchen Druckabfall, dass kein Geräusch und keine Vibrationen auftreten. Im gesamten wird aber eine Entspannung des Mediums über drei Stufen durchgeführt, wobei die dritte Stufe durch die ortsfeste Lochplatte*gegeben ist. Durch das Aufteilen des vor der Lochplatte 21 liegenden Raumes in die drei Kammern 27 - 29 stehen je nach der gedrehten Stellung des Ventilkörpers 1 entweder alle drei Kammern oder nur zwei Kammern oder nur ein Kammer für das weitere Entspannen des durchgehenden Mediums zur Verfügung. Verläuft die Mündungskante 34 z.B. nach dem Linienzug 34· in Fig. 4, so steht die Kammer 27 für das durchgehende Medium nicht mehr zur Verfügung und

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es wird nur noch über die Kammern 28 und 29 und damit auch nur noch über die mit diesen Kammern in Verbindung stehenden Oeffnungen in der Lochplatte 21 entspannt. Wenn also nur noch ein Teil der Ventilkörperexnlassmundung und Ventilkörperauslassmündung für; den Durchgang des gasförmigen Mediums zur Verfügung steht, so steht auch ein verringerter Durchflussquerschnitt bei der Lochplatte 21 zur Verfügung. Hierdurch wird ein erwünschtes Verhältnis zwischen den wirksamen Durchflussquerschnitten von Lochplatte 7 und Lochplatte 21 erreicht. Das bedeutet, dass das Verhältnis der beiden wirksamen Durchflussquerschnitte nicht zu gross wird, damit eine gewünschte Stauwirkung, also der erwünschte Drosseleffekt in jeder gedrehten Stellung des Ventilkörpers 1 durch die unbewegliche Lochplatte 21 erzielt wird. Die Lochplatte 21 stellt dann immer eine wirksame Drosselstufe, nämlich die dritte Stufe beim Ventil dar, unabhängig davon_rwie weit der Ventilkörper 1 von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten voll geöffneten Stellung in eine andere Stellung gedreht worden ist, so dass also nur noch eire geringere Durchflussquer Schnitts fläche beim Ventilkörper 1 eingestellt worden ist.

Es soll noch erwähnt werden, dass die erwähnten Seitenflächen 9-12 des Kanals 8 keine ebenen Flächen sind, so dass also die in den Fig. 1 und 2 gezeigten geraden Linien 9-12 die Erzeugenden von gekrümmten Flächen sind.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel könnte

die Lochplatte 7 ebenfalls ventilkörperfest sein, so dass dann der hierzu gehörende Ventilsitz am Uebergang zwischen den Bauteilen 18, 23, 24 und 25 liegen würde. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wäre es auch denkbar, gar keine Lochplatten 6 und 7 vorzusehen, so dass also der Kanal 8 sowohl bei der Einlassmündung 4 als auch bei der Auslassmündung 5 offen ist, so

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dass also dem Kanal 8 keine Lochplatte vorgeschaltet und auch nicht nachgeschaltet ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wäre es auch möglich, dem als Rotationskörper ausgebildeten Ventilkörper die Form eines Zylindors zu geben. Die Längsmittelachse des Zylinders fällt dann mit der Drehachse 3 zusammen.

Mit dem erläuterten Ventil können die drei vorhandenen Drosselstellen 6,7 und 21 über einen zwischenliegenden beweglichen Ventilkörper so reguliert werden, dass für ein bestimmtes strömendes, gasförmiges Medium die Drosselung immer in allen drei Stufen eine möglichst gleichmässige Aufteilung des Druckgefälles ergibt. Hierdurch wird das erwähnte Vibrieren und die Geräuschbildung optimal vermieden, so dass das Ventil in der Nähe des kritischen Druckgefälles und darüber hinaus im überkritischen Gebiet benützt werden kann, und zwar bei wechselnden Verhältnissen (Druck, Menge) von strömenden, gasförmigen Medien. Wird das Ventil für kleine Druckgefälle verwendet, so kann auf die nachgeschaltete Lochplatte 21 verziehet werden. Durch die drei Drosselstellen 6,7 und 21 wird jeweils nur ein solcher Druckabfall erzielt, der noch unterkritisch ist, so dass also die Vibrationen und die Geräuschbildung nicht auftreten. Mit dem erläuterten Ventil wird ein maximal gut abgestufter Druckabfall erreicht. Zu den Druckabfällen infolge der Drosselstellen 6,7 und 21 wird zusätzlich noch ein Druckabfall dadurch erzielt, dass der Kanal 8 im Ventilkörper 1 und auch der Lochplatte 7 nachgeschaltete Raum, in Strömungsrichtung des Mediums gesehen, erweiterte Querschnittsflächen aufweist.

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Claims

Patentansprüche

.,Ventil zur geräuscharmen Drosselung strömender gasförmiger Medien, mit mehreren voneinander distanzierten Ventilsitzen und einem damit zusammenwirkenden beweglichen Ventilkörper, mit dem verschiedene Durchflussquerschnittsflächen einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) in an sich bekannter Weise als drehbareiiRotationskörper ausgebildet ist, der in an sich bekannter Weise mit einem Durchtrittskanal (8) für das gasförmige Medium versehen ist, welcher Durchtrittskanal zur Drehachse (3) des Ventilkörpers in an sich bekannter Weise gekreuzt liegt, dass die Querschnittsfläche des Durchtrittskanals an der Ventilkörperauslassmündung (5) grosser ist als an der Ventilkörpereinlassmündung (4), dass sowohl die Ventilkörperauslassmündung als auch die Ventilkörpereinlassmündung mit je einem Ventilsitz (14,15) mit Steuerkaitte (19,20) zusammenwirkt und dass der Ventilkörper zwischen seinen beiden Ventilsitzen eingefasst liegend, gesteuert um eine Drehachse (3) drehbar ist, zur Veränderung der wirksamen Durchflussquerschnitte am Ventileinlass und Ventilauslass zwangsläufig gleichzeitig und in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) in an sich bekannter Weise als Kugel ausgebildet ist und zum Verändern der wirksamen Durchflussquerschnitte um eine Zentralachse (3) schwenkbar ist.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchtrittskanal (8) des Ventilkörpers vier Erzeugende (9-12) für die ihn einschliessende Seitenwand hat, von denen zwei zueinander parallel sind und die beiden andern in Strömungsrichtung voneinander divergieren.

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ORJGiNAL INSPECTED
4. Ventil nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralachse (3) zwischen den und parall zu den zwei zueinander parallen Seiten-Erzeugenden (9,10) des Ventilkörper-Durchtrittkanals liegt.
5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörpereinlassmündung (4) und/oder die Ventilkörperaus lassmündung (5) mit einer an sich bekannten Lochplatte (6,7) versehen ist.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Ventilkörpereinlassmündung (4) liegende Lochplatte (6) ventilkörperfest ist und dass eine an der Ventilkörper aus las smündung (5) liegende Lochplatte (7)ventilsitzfest ist.
7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem bej der Ventilkörperauslassmündung (5) liegenden Ventilsitz (20) eine unbewegliche Lochplatte (21) nachgeschaltet ist.
8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum, der zwischen dem bei der Ventilkörperauslassmündung (5) liegenden Ventilsitz (20) und der unbeweglichen Lochplatte (21) liegt, in mehrere, in Strömungsrichtung parallel geschaltete Kammern (27-29) unterteilt ist.
9. Ventil nach Anspruch 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerntrennwand oder Kammerntrennwände (30, 31) zumindest annähernd parallel zur Zentralachse (3) liegen.
10. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochplatte oder die Lochplatten über ihre Stirnfläche eine ungleichmässige Lochverteilung aufweist bzv*. aufweisen .
11. Verwendung des Ventiles nach Anspruch 1 als Dampfdruckreduzierventil, dadurch gekennzeichnet, dass die an sich bekannte Wasserzuführung über einen Kanal eines am Rotationskörper (1) vorhandenen Drehzapfens (2) ins Innere des Ventilkörper- Durchtrittkanals (8) erfolgt.

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